Wearable再起之拐點3：BLE Mesh不斷線，演算精致化
腕戴式產品不再是唯一選項，但仍是穿戴主流
對于智能穿戴產品，芯科科技 (Silicon Labs) 更直接將其與＂健康＂、＂健身＂等分眾市場畫上等號。芯科物聯網產品應用工程總監 Colin Tompkins 表示，感測市場主要有三大類：運動傳感器 (Motion Sensor)、環境傳感器和生物傳感器，當集成到穿戴系統，這些傳感器將更為強大，支持更多應用案例；然不諱言的是，將面臨許多設計取舍 (tradeoffs)，包括：系統效能之于功耗、成本。例如，光學傳感器需要特定的封裝材料以利光傳輸、某些傳感器的電力需受到控制以免恒定負載沖擊電池壽命……，但這些額外設計非常復雜且代價不斐。
照片人物：Silicon Labs 物聯網產品應用工程總監 Colin Tompkins
HRM 幾成穿戴標配功能，硬件整合／軟件演算拼高下
Tompkins 指出，越來越多的穿戴裝置制造商將心率監測 (HRM) 列為產品功能，將模擬前端 (AFE)、光檢測器與發光二極管 (LED) 等分離組件＂集成＂到同一個模塊中，有助于降低 HRM 傳感器成本和設計復雜度；而 HRM 算法的日趨精致化，允許開發者針對不同使用案例、環境條件和活動需求進行優化。有些著重高效能的算法，往往須以較高的功率為代價；而其他強調電源效率者，目標是獲得更長的電池壽命。另一方面，穿戴裝置的外觀亦悄悄發生變化：健康和健身市場開始以胸帶 (chest straps) 取代腕戴產品量測心率。
Tompkins 指出，越來越多的穿戴裝置制造商將心率監測 (HRM) 列為產品功能，將模擬前端 (AFE)、光檢測器與發光二極管 (LED) 等分離組件＂集成＂到同一個模塊中，有助于降低 HRM 傳感器成本和設計復雜度；而 HRM 算法的日趨精致化，允許開發者針對不同使用案例、環境條件和活動需求進行優化。有些著重高效能的算法，往往須以較高的功率為代價；而其他強調電源效率者，目標是獲得更長的電池壽命。另一方面，穿戴裝置的外觀亦悄悄發生變化：健康和健身市場開始以胸帶 (chest straps) 取代腕戴產品量測心率。
與此同時，頭帶 (headband)、運動／健身衣和耳塞等新式穿戴感測正在興起，＂不過，腕戴產品仍是目前生物感測的主流，為充實、豐富使用者經驗提供基礎＂，Tompkins 表示。他同樣對于光學感測與高效能給予肯定，但前提是有低功耗處理器作支撐，才能促使腕戴式產品形式更多樣、HRM 算法更細膩；選擇對的低功耗微控制器 (MCU)、無線單芯片和電池技術，亦是重要設計考慮，不該因為能源效率而犧牲使用者經驗。能迅速喚醒、無論休眠或啟動狀態的功耗皆超低、且具自主低功耗外圍的 MCU，得以實現節能取向 (energy-friendly) 的設計。
BLE mesh 助陣，方便終端網狀串聯
Tompkins 評述，低功耗藍牙 (BLE) 已成功主宰智慧穿戴的無線連接市場，是傳輸感測數據、同步用戶信息并支持空中 (over-the-air) 更新的理想技術。無線傳輸通常會消耗大量功率，而信息的數量、發送頻率、與手機的同步化對于終端產品的電池壽命影響甚巨，頻繁的大量數據傳輸會讓電池壽命限縮至數日、甚至幾小時。他認為，穿戴市場的加溫引領 MCU、無線單芯片和基于 CMOS 的傳感器有突破性進展，未來只會加速。穿戴系統設計中的低功耗組件網狀連接，有時是產品能否在市場中獲得成功的決定性因素。
Tompkins 評述，低功耗藍牙 (BLE) 已成功主宰智慧穿戴的無線連接市場，是傳輸感測數據、同步用戶信息并支持空中 (over-the-air) 更新的理想技術。無線傳輸通常會消耗大量功率，而信息的數量、發送頻率、與手機的同步化對于終端產品的電池壽命影響甚巨，頻繁的大量數據傳輸會讓電池壽命限縮至數日、甚至幾小時。他認為，穿戴市場的加溫引領 MCU、無線單芯片和基于 CMOS 的傳感器有突破性進展，未來只會加速。穿戴系統設計中的低功耗組件網狀連接，有時是產品能否在市場中獲得成功的決定性因素。
芯科擁有智能穿戴應用的眾多產品線，包括：光學／生物／I²C 溫濕度等廣泛的傳感器組合、電容式觸感的低功耗 MCU、Gecko 無線單芯片、無線模塊、軟件堆棧和開發工具，在可靠度、尺寸、整合度和使用的友善度皆有不錯表現。其中，光學傳感器可用于偵測紫外線指數 (UV index)、環境亮度 (ambient light)、遠距物體趨近、心率／脈搏血氧飽和度 (oximetry)，以及 2D 或 3D 姿勢變化。此外，用于藍牙連接的 Gecko 無線單芯片還附有簡易代碼及演示項目的開發工具包，讓腕戴式產品的開發更加得心應手。
表：Silicon Labs光學傳感器產品
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產品 |
特色 |
內建組件 |
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Si1153 |
●環境亮度 (ambient light)、趨近和姿勢偵測 ●I²C 數字接口、可編程中斷輸出 ●在寬幅動態及多重光源下表現出色，即使太陽光直射或黑暗籠罩中依然可正常工作 |
●內建 23 位模擬數字轉換器 (ADC) ●高感度視覺數組及紅外線二極管 ●數字信號處理器 (DSP) ●三個可編程的 LED 驅動 |
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Si1133 |
●紫外線指數、環境亮度 (ambient light) 偵測 ●I²C 數字接口、可編程中斷輸出 |
●內建 23 位模擬數字轉換器 (ADC) ●高感度 UV 數組、視覺及紅外線二極管 |
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Si1143/44 |
●心率監測 (HRM) ●健身帶 (fitness band)、智能手表等消費類健康應用 ●相較于傳統胸帶 (chest straps)，功耗更低、可延長電池壽命 ●封裝尺寸僅有 2.9 mm x 4.9 mm |
●高精度光學傳感器 ●綠光 LED ●HRM 專利算法 |
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Si117x |
●支援先進 HRM 及心電圖 (ECG) ●適用于智慧手表／腕戴式／貼布／眼罩等強調精度且須整天長時間感測的產品 ●開發簡易，可快速上市 |
●完整端到端感測方案 ●HRM 算法 |
資料來源：Silicon Labs 提供；筆者整理
Tompkins 宣示，芯科未來將持續發展最先進的生物感測，憑借光學傳感器架構、軟件和系統專長，研發新一代更精準、省電、出色的光學感測技術，以解決基于效能、成本及電源效率的各式艱巨挑戰。
