“可穿戴設備”可定義為用戶可以長時間穿戴的產品,而且由于穿戴了這種產品,用戶體驗以某種方式得到了提升。“智能的”可穿戴設備增加了連接功能和獨立的數據處理功能。可穿戴設備分成 5 種應用子類:健身 / 健康 (活動監視器、健身腕帶、腳踏計和心率監視器);信息娛樂 (智能眼鏡/防護鏡、智能手表和成像設備);軍用 (夜視設備、平視顯示器、人體外骨骼和智能服裝);工業 (可穿戴終端) 。這些應用的采用率是由不同的市場驅動力推動的。就軍事應用而言,驅動力是希望改善情境識別能力、地圖 / 路線、戰斗效率以及挽救生命。就工業應用而言,主要的驅動力是提高生產線效率和追蹤能力。就信息娛樂應用而言,驅動力來自采用尖端成像和虛擬現實技術的持續爆炸性增長之游戲市場,以及越來越多能夠無線連接智能手機以使其成為“物聯網 (IoT)”組成部分的設備。最后,就健康和醫療市場而言,主要的驅動力包括:預期壽命延長、削減醫療保險費用不斷上漲、以及延長健康生活時間和減少住院。
運用生物統計信息實現健康生活
生物統計信息反映的是人體基本功能的生命體征。這類信息包括體溫、脈搏 / 心率、呼吸頻率和血壓。這些信息至關重要,因為生命體征出現負面變化可能表示健康度下降,反之亦然。顯然,醫院和醫生診室都配備了昂貴的設備,以測量這些生物統計信息。不過,如果這些生物統計信息能夠高效、低成本地在醫療環境以外測量,那么生活質量就有可能得到很大的改善。例如,在家中或者在工作環境中,可以隨時隨地實時地改變生活方式和行為方式,從而改善健康度,并有可能延長甚至挽救生命。幸運的是,由于設備價格降低和傳感器技術改進,用于醫療保健目的的智能可穿戴設備出現了激增。這其中包括較簡單和可以附著在身體上的“單體征”檢測產品,也包括較復雜、充滿傳感器且覆蓋全身的人體外骨骼。不過,從集成電路 (IC) 電子組件的角度來看,給這些可穿戴設備分區并為其高效率供電并非微不足道之事。為了進一步理解這一點,我們接下來深入剖析典型的智能可穿戴設備。
典型智能可穿戴設備
典型智能可穿戴設備包括哪些功能? 人們可能會把這種設備看成微型嵌入式系統。顯然,準確分區取決于設備自身,不過,一般而言,智能可穿戴設備的核心架構由以下各部分組成:
一個微處理器或微控制器或類似的 IC
某些種類的微型機電傳感器 (MEMS)
小型機械致動器
全球定位系統 (GPS) IC
藍牙 / 蜂窩 / Wi-Fi 連接,以收集 / 處理和同步數據
成像電子組件,LED
計算資源
可充電或主 (非可充電) 電池或電池組
支持性電子組件
可穿戴產品的主要設計目標通常是實現緊湊的外形尺寸、輕重量以實現可穿戴性 / 舒適性、以及超低的能耗以延長電池運行時間 / 壽命。不過,用最小的電流、高效率、準確地給這類設備供電并不那么簡單。與智能可穿戴設備供電有關的一些關鍵問題如下:
在電池供電設備中,電源管理 IC 能否消耗很小的電流對延長運行時間至關重要。微功率或毫微功率轉換 IC 是必要的。
MEMS 傳感器要求用噪聲很低的穩定電源供電。繁忙的致動器也可以受益。LDO 或低紋波開關穩壓器非常適合這種軌,因為這些穩壓器具很低的輸出噪聲。
藍牙 / RF / Wi-Fi / 蜂窩連接系統軌也要求低噪聲。低壓差穩壓器或 (因為輸出電流可能很大) LDO 后穩壓開關穩壓器或低紋波開關穩壓器都是極好的選擇。