淺談智能硬件產(chǎn)品的底層硬件

2014年，可穿戴設(shè)備平臺(tái)Android Wear的發(fā)布，以及智能家居公司Nest被收購(gòu)，引爆了智能硬件熱潮;隨著2014年GMIC全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)圓滿落幕，智能硬件再次變成關(guān)注點(diǎn)。

當(dāng)下的智能硬件，除了智能手機(jī)、平板等消費(fèi)電子外，還有音響、相機(jī)、家電家居等其他類型產(chǎn)品。通常情況下，大多智能硬件生存下去都少不了兩個(gè)主要部分：輸入和輸出。輸入指的是大數(shù)據(jù)、云端數(shù)據(jù)或者實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸入，包括影像數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，輸出指的是輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過硬件內(nèi)部轉(zhuǎn)化形成有效數(shù)據(jù)并導(dǎo)出，最終作用于人。最簡(jiǎn)單的舉例，大數(shù)據(jù)和云端歷史數(shù)據(jù)進(jìn)入耳機(jī)，通過耳機(jī)的內(nèi)部判斷，選定最合適的聲音大小、接收人最喜愛的音調(diào)等，通過無(wú)線傳輸?shù)浇邮杖硕?，以上為完整輸入加輸出部分。在這里，硬件層面上需要完成以下步驟：大數(shù)據(jù)共享和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，還會(huì)涉及NFC付費(fèi)，而需要保證智能硬件實(shí)時(shí)工作，還缺少不了無(wú)線充電。

以消費(fèi)者使用最多的手機(jī)為例，消費(fèi)者最期望的狀態(tài)是無(wú)論何時(shí)，都可以進(jìn)行無(wú)干擾并迅速地大數(shù)據(jù)(錄像攝影、照片文件)傳輸，而同時(shí)又可以直接享受該數(shù)據(jù)。

本文將通過東芝半導(dǎo)體產(chǎn)品對(duì)以上理論進(jìn)行具體闡述。

大數(shù)據(jù)傳輸

Transfer Jet技術(shù)作為最新的大數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其利用近距離無(wú)線通信(NFC)結(jié)合了UWB(Ultra-Wide Band，超寬頻)的速度(560Mbps)，Transfer Jet有別于現(xiàn)行一般無(wú)線傳輸技術(shù)，在進(jìn)行傳輸時(shí)無(wú)須繁復(fù)的連接設(shè)定，也不需無(wú)線網(wǎng)絡(luò)橋接器(access point)，只需將搭載Transfer Jet的產(chǎn)品靠在一起簡(jiǎn)單配對(duì)后就可進(jìn)行資料傳輸，這讓兩臺(tái)設(shè)備(如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、電視、游戲機(jī)或打印機(jī))可以快速地分享大數(shù)據(jù)(照片、影片、影像等)。Transfer Jet屬于NFC技術(shù)的一種，為了提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，僅需3cm左右的有效傳輸(或觸碰)范圍，讓他人無(wú)法在資料傳輸?shù)倪^程中進(jìn)行干預(yù)或復(fù)制的動(dòng)作。與傳統(tǒng)NFC不同的是，NFC偏向慢速傳輸?shù)膽?yīng)用，主要是用戶授權(quán)或是電子商務(wù)付款較為簡(jiǎn)單的用途;Transfer Jet則結(jié)合UWB來(lái)達(dá)到高速傳輸?shù)哪康?，容許更大的文件容量傳輸，讓用戶得以分享音樂、影片等大容量?jī)?nèi)容。針對(duì)高速而言，圖1顯示了目前Transfer Jet技術(shù)傳輸速度的比較，可以清晰地從圖上看到該技術(shù)的傳輸速度是目前Wi-Fi技術(shù)傳輸速度的近10倍，是Bluetooth傳輸技術(shù)的近100倍，是NFC傳輸技術(shù)的近1,000倍。

圖1：Transfer Jet的對(duì)比。

對(duì)于部分智能硬件而言，目前大部分都是使用Wi-Fi進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，但是對(duì)于特殊情況，例如電影、音樂、照片、錄像等大容量數(shù)據(jù)的快速傳輸，Transfer Jet無(wú)疑是個(gè)非常好的選擇。而且相對(duì)于Wi-Fi而言，Transfer Jet不受無(wú)線電干擾，也不會(huì)因此產(chǎn)生傳輸速度的下降。由于要求距離近(約3cm)、1對(duì)1通信且對(duì)接時(shí)間為0.1s,即使很多人同時(shí)使用，也不會(huì)由于無(wú)線電干擾而引起傳輸速度下降。東芝半導(dǎo)體推出的TC35420AXLG產(chǎn)品作為一款集成式芯片，將主要應(yīng)用在智能手機(jī)、平板電腦等SDIO接口。該芯片集成了濾波器和高頻部件的小型模塊“TJM35420XLQ”、USB端子連接型產(chǎn)品“TJM35420UX”以及microUSB端子連接型產(chǎn)品“TJM35420MU”。該IC器件通過采用RF-CMOS工藝將Transfer Jet功能，即無(wú)線、信號(hào)處理、主機(jī)接口和存儲(chǔ)接口的功能集成在單一芯片上，真正意義上達(dá)到了高度集成。

東芝半導(dǎo)體的Transfer Jet除了能夠在親友之間使用，還可以直接商業(yè)化。不需要初始化設(shè)定，就可以在親朋好友之間進(jìn)行即時(shí)的信息與內(nèi)容的交換，智能手機(jī)間的簡(jiǎn)單觸碰就可以實(shí)現(xiàn);其也可以進(jìn)行多媒體產(chǎn)品的線下銷售，通過Transfer Jet下載，NFC支付，例如，數(shù)字產(chǎn)品的販?zhǔn)蹚d可以在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，在販?zhǔn)蹚d中使用手機(jī)直接買到自己想要的多媒體產(chǎn)品;IT設(shè)備間的本地?cái)?shù)據(jù)傳輸，不需要連接數(shù)據(jù)線以及操作復(fù)雜的設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備之間無(wú)縫傳輸;同時(shí)，該技術(shù)也是O2O(Online to Offline)的優(yōu)秀推銷技術(shù)手段，智能手機(jī)間相互觸碰，信息、內(nèi)容的推薦就可以顯示在朋友的手機(jī)中，這種方式可以宣傳最新的雜志、書籍以及電影等。

無(wú)線充電

對(duì)于優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)，無(wú)線充電在整個(gè)環(huán)節(jié)中是不可或缺的，不僅省去了USB和充電線的繁瑣需求，而且滿足消費(fèi)者進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作的要求。無(wú)線充電技術(shù)不僅能夠運(yùn)用在消費(fèi)電子，從終端到生產(chǎn)制造，到處都充斥著無(wú)線充電的影子。東芝半導(dǎo)體的無(wú)線充電系統(tǒng)也滿足這些終端的無(wú)線供電需求，從交流適配器到送電端系統(tǒng)到受電端系統(tǒng)再到電池管理芯片最終到電池，可基于接觸式充電，或是非接觸式充電，同時(shí)盡可能的降低系統(tǒng)能源損耗也變得至關(guān)重要。

目前為止，市場(chǎng)上無(wú)線充電方案良莠不齊，以使用LG WPC-300的芯片為例，實(shí)驗(yàn)環(huán)境統(tǒng)一以該芯片為發(fā)送端，分別使用東芝半導(dǎo)體的無(wú)線充電接收端TC7763WBG產(chǎn)品以及A公司產(chǎn)品(原配產(chǎn)品)進(jìn)行對(duì)比。從圖2可以看到，A公司的產(chǎn)品最大效率為64%，而東芝半導(dǎo)體的最大效率為68%。這里的4%的效率差異在接收端已十分明顯。

圖2：智能手機(jī)接收端最大效率數(shù)據(jù)對(duì)比圖。

對(duì)于用戶并不陌生的自發(fā)熱而言，圖3有著明顯的熱影像對(duì)比，分別在500mA和600mA的情況下，A公司產(chǎn)品的熱影像已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過東芝半導(dǎo)體的情況，同時(shí)在溫度上也有著本質(zhì)的差別。

圖3：智能手機(jī)芯片接收端發(fā)熱情況對(duì)比圖。

到目前為止，主流的無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)有三種：Qi標(biāo)準(zhǔn)、Power Matters Alliance(PMA)標(biāo)準(zhǔn)以及Alliance for Wireless Power(A4WP)標(biāo)準(zhǔn)。東芝半導(dǎo)體目前已經(jīng)加入了WPC和PMA協(xié)會(huì)，并正在加入A4WP協(xié)會(huì)，以便更好地面對(duì)無(wú)線充電產(chǎn)品應(yīng)用，東芝半導(dǎo)體計(jì)劃在未來(lái)生產(chǎn)兼容多標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線充電芯片，來(lái)擴(kuò)展其無(wú)線充電芯片系列。

用戶端無(wú)線傳輸

目前為止，很多智能硬件受限于形態(tài)。以手表手環(huán)，眼鏡類產(chǎn)品為例，低功耗必須是決策點(diǎn)。有人提出太陽(yáng)能供電，但這種充電方式在便捷性和效率方面存在比較多的漏洞，太陽(yáng)能供電也只能夠使用在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景中。

目前最合理且廣為大眾所接收的方式還是從降低功耗入手，無(wú)線連接就是最大的功耗殺手之一?，F(xiàn)今藍(lán)牙(BT)依舊是賦予穿戴產(chǎn)品最大希望的傳輸方式，很多優(yōu)秀的藍(lán)牙方案逐漸被市場(chǎng)所重視。新的產(chǎn)品會(huì)采用支持BLE的BT4.0產(chǎn)品，因?yàn)榭梢栽跇O低的功耗下工作。隨著具備Bluetooth LE兼容性的Bluetooth智能設(shè)備的需求量不斷增加，東芝半導(dǎo)體推出了一款集成電路TC35667(見圖4)，其采用原創(chuàng)低功耗電路設(shè)計(jì)，并集成了一個(gè)高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可將峰值電流消耗降至6mA以下，將深度休眠電流消耗降至100nA以下。該產(chǎn)品能延長(zhǎng)小型紐扣電池的使用時(shí)間，幫助穿戴式醫(yī)療保健設(shè)備、傳感器和玩具等小型設(shè)備采用Bluetooth LE通信技術(shù)。

圖4：TC35667BLE藍(lán)牙芯片。

這款I(lǐng)C還集成了一個(gè)ARM處理器，支持下載和執(zhí)行存儲(chǔ)在EEPROM中的客戶程序。支持應(yīng)用自定義，無(wú)需使用任何外部微控制器。小封裝(QFN40，6mm×6mm，0.5mm間距)可為穿戴式醫(yī)療保健設(shè)備、傳感器和玩具等小型設(shè)備帶來(lái)藍(lán)牙低功耗通信技術(shù)優(yōu)秀體驗(yàn)。

東芝半導(dǎo)體通過近距離通信三大技術(shù)Transfer Jet、無(wú)線充電和NFC的融合，利用Transfer Jet實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，通過NFC認(rèn)證付費(fèi)，并結(jié)合符合通用標(biāo)準(zhǔn)的智能手機(jī)無(wú)線充電，實(shí)現(xiàn)可同時(shí)進(jìn)行充電、數(shù)據(jù)傳輸、認(rèn)證付費(fèi)的全新應(yīng)用。當(dāng)然，也可支持個(gè)人使用、電子看板和車載設(shè)備上的應(yīng)用。以上近距離通信技術(shù)，同時(shí)結(jié)合低功耗藍(lán)牙產(chǎn)品的導(dǎo)出，形成了完整的智能硬件產(chǎn)品的硬件底層平臺(tái)。