微妙維效 穿戴裝置微型化元件與系統(tǒng)技術(shù)

　　微型化元件發(fā)揮穿戴式裝置的最大坪效

　　在房屋市場中，有大坪數(shù)的豪宅、三房兩廳的一般住宅、注重機能的二房一廳的小宅、亦有為個人打造的套房等等產(chǎn)品，主打不同的客戶族群。若拿房屋大小來比喻個人用3C產(chǎn)品的話，電競玩家的電腦就好比豪宅，筆電猶如一般住宅，平板電腦可比喻為小宅，而手機則如同套房般，擁有功能齊全的個人空間。

　　那么穿戴式裝置呢?以智慧手表為例，由于體積比智慧型手機更小，猶如比套房還更小的「微房」，這種2～3坪小房間對室內(nèi)設(shè)計師來說，要發(fā)揮出如同套房般的機能，可說是極大的考驗;而穿戴式裝置對產(chǎn)品設(shè)計師而言，也是同樣面臨極大的挑戰(zhàn)。

　　因應(yīng)穿戴式裝置市場興起，電子元件供應(yīng)商提供低功耗、高整合的元件解決方案，透過多合一、堆疊式的晶片設(shè)計，以及新一代布線技術(shù)，讓研發(fā)工程師在有限的穿戴式裝置空間下，也能發(fā)揮出極大的坪效。

　　穿戴式電路元件解決方案：微縮、可撓

　　藉由奈米制程科技，晶片可以體積再微縮，元件也可以更節(jié)省空間。如ROHM就提供0.4x0.2mm以下面積的電阻、二極體(RASMID系列)等超微細(xì)主被動元件，讓PCBLayout(電路布線)更加節(jié)省空間。

　　而穿戴式裝置依照產(chǎn)品特性，必須具備可撓曲(Flexible)的需求，不管是PCB、螢?zāi)弧⑸踔岭姵?，能做到撓曲的話，產(chǎn)品就不會用起來硬梆梆。在PCB的設(shè)計上，硬板主機板必須采用雷射鉆孔制程的HDI(高密度互連)板，避免機械鉆孔而浪費PCB面積，若是面積較小的布線，就得采用軟板(FlexiblePrintCircuit;FPC)。例如Nike+FuelBand、JawboneUp都是采用軟板設(shè)計。

　　在顯示螢?zāi)簧?，也有可撓式的設(shè)計，例如SamsungGearFit采自家YOUM可撓式OLED顯示技術(shù)。而LGGFlex手機采自家可撓式POLED顯示技術(shù)與可撓式電池，但似乎沒運用到其GWatch產(chǎn)品。

　　至于在電池部分，輝能科技(ProLogium)推出的FLCB(超薄軟板鋰陶瓷電池)，已于于COMPUTEX2014首度公開，具備超薄(0.32～0.36mm)、可撓曲(撓曲半徑視電池長度不同約15～17mm)，彎曲后再平展不產(chǎn)生皺折、超安全(采用鋰陶瓷、類固態(tài)電解質(zhì)，就算彎折、撞擊、穿刺、撕裂或火燒都不會起火、爆炸)等特性，將成為穿戴式電子的最佳電池解決方案，適合嵌入表帶。

　　無線通訊晶片競相推出多功能整合方案

　　至于在無線晶片元件部分，因應(yīng)低功耗藍(lán)牙4.0(BLE，或BluetoothSmart)的出現(xiàn)，加上無線充電技術(shù)的推出，一些無線傳輸晶片廠商，使原本只內(nèi)建基頻處理器(BBP)和數(shù)位訊號處理器(DSP)的藍(lán)牙/Wi-Fi晶片也整合了許多功能。

　　例如DialogSmartBondDA14580，就同時提供藍(lán)牙4.0和4.1的規(guī)格，并內(nèi)建32位元ARMCortex-M0MCU，搭配各式感應(yīng)器，可為藍(lán)牙周邊提供更多的應(yīng)用，包含健身、醫(yī)療等感測領(lǐng)域。

　　而NordicnRF51822則是整合BLE，搭配其S120八充介面的低能耗核心角色SoftDevice，可支援A4WP無線充電方案，提供同時為八組藍(lán)牙周邊充電的能力。而Broadcom近期也發(fā)表BCM59350電源晶片(同時支援A4WP、PMA、WPC等三種無線充電標(biāo)準(zhǔn))，搭配其WICED的藍(lán)牙/Wi-FiSoC平臺，可以提供無線充電能力。

　　許多透過有線充電的產(chǎn)品，都必須開孔(microUSB)或設(shè)計充電接觸點(pad)，對于有防水需求或一體成形的穿戴式裝置，似乎不夠完美。因此內(nèi)建無線充電的元件，可讓產(chǎn)品改以內(nèi)建線圈的方式，來取代傳統(tǒng)開孔的做法;例如SmartyRing智能手環(huán)，就是采用Nordic的解決方案，來達(dá)到省電、無線充電的目的。

　　系統(tǒng)晶片平臺(ARM、x86、MIPS)搶攻穿戴式商機

　　在穿戴式系統(tǒng)架構(gòu)部分，目前市場以ARM架構(gòu)的晶片供應(yīng)商為大宗，包括Actel、Analog、Atmel、Cypress、EnergyMicro、Freescale、Fujitsu、Infineon、Holtek(盛群)、NXP、ST、TI、Toshiba等等，都推出超低功耗的MCU(Micro-ControllerUnit)系列，采用ARMCortex-M3或M4系列架構(gòu)，執(zhí)行時脈大約在200MHz以下，并支援睡眠模式，讓僅須微安培(32μW/MHz)的電力耗用成為可能。

　　而在Cortex-M0+部分，其具備超低11.21μW/MHz能效，搭配LPDDR2/3、NANDFlash快閃記憶體，以及無線傳輸?shù)仍?，讓系統(tǒng)工程師可搭配其專屬的硬體開發(fā)平臺，并支援輕量級Linux、RTOS等簡易型作業(yè)系統(tǒng)，來實現(xiàn)長時間感測需求。

　　Freescale也推出其專屬開發(fā)平臺「Freedom」，面積81x53mm(約為信用卡大小)，適合開發(fā)人員研發(fā)產(chǎn)品之用。

　　MCU功耗低，可以開發(fā)以感測為主的穿戴式產(chǎn)品，例如智慧手表，就有SonySmartwatchSW2、QualcommToq、Pebble、AGENTsmartwatch、KreyosMeteor等等。而智慧手環(huán)，就有SamsungGearFit、SonySmartbandSWR10、Nike+FuelBand、JawboneUP、FitbitFlex等等。

　　而高階的ARMCortex-A系列架構(gòu)的AP(應(yīng)用處理器)，則以雙核心1GHz，并支援Linux、Android、AndroidWear、Tizen、WindowsPhone等作業(yè)系統(tǒng)平臺。

　　知名供應(yīng)商有Qualcomm、Broadcom、Samsung、NVIDIA、ST、TI、Mediatek(聯(lián)發(fā)科)…等等，主要應(yīng)用在手機、平板等行動裝置平臺，亦有廠商將其體積微縮，拿來應(yīng)用在穿戴式裝置，像是智慧眼鏡、高階智慧手表、電話手表…等等。例如GoogleGlass、SamsungGear2/Neo、OmateTrueSmart、NeptunePine、i’mWatch、映趣inWatchZ等等。

　　在x86陣營部分，Intel在CES2014發(fā)表了僅SD記憶卡大小(32x24x2.1mm)的超微型電腦系統(tǒng)「Edison」，內(nèi)建22奈米雙核心、低功耗的QuarkSoC(系統(tǒng)單晶片)，為x86架構(gòu)，時脈為400MHz，采用LPDDR2記憶體、NANDFlash快閃記憶體等元件，同時內(nèi)建Wi-Fi、藍(lán)牙4.0無線通訊模組，與彈性擴充的I/O功能。

　　在軟體上，可支援Linux作業(yè)系統(tǒng)與Wolfram的Mathematica、Alpha(科學(xué)語言、知識型計算引擎)，亦可自行連上專屬的AppStore。

　　為了鼓勵開發(fā)者投入穿戴式與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)行列，Intel還示范了與合作廠商共同開發(fā)的「Nursery2.0」托嬰概念產(chǎn)品，嬰兒穿上這款智慧衣服，其內(nèi)建的感應(yīng)器可以隨時將嬰兒的體溫與心情，以無線方式傳送到其他產(chǎn)品以顯示出來。另一款智慧耳機(SmartEarbud)，內(nèi)建感測器能偵測脈膊與心跳，搭配其專屬App還可以可設(shè)定依照心跳的快慢，來幫你選快慢歌。

　　為提升效能，3月底時Intel宣布再推出Edison的升級版，采用Silvermont架構(gòu)的雙核心AtomCPU，時脈500MHz，搭配一顆可處理超過30I/O的MCU，來符合市場需求，然而長與寬各增加1mm，比SD卡稍微大約7.5%，可說是世界上最小的x86電腦，作業(yè)系統(tǒng)可支援Linux、Android、Windows等平臺。

　　至于在MIPS陣營部分，ImaginationTechnologies與大陸北京君正(Ingenic)也于2014年4月發(fā)表其全新的Newton平臺，采用自家雙核JZ47751GHzCPU，其XBurst核心可相容于MIPS32、PowerVR與Ensigma等硬體架構(gòu)，可使用LPDDR、Flash記憶體，并支援Wi-Fi、藍(lán)牙、NFC等無線通訊功能，并有各種I/O連接各式感應(yīng)器，在軟體上可相容于Linux、Android、AndroidWear平臺。

　　Newton主打低功耗、高性能的穿戴式平臺，尺寸僅為38x22x3mm(稍比SD卡大9%的面積)，待機功耗<4mW，最低執(zhí)行功耗僅80mW，最高平均運行功耗<260mW，使續(xù)航力達(dá)30小時以上。目前已知GeakWatch(果殼智能手表)與智器ZWatch，皆是采用其CPU平臺來設(shè)計。