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        數據為王!穿戴設備是絕佳載具

        本文作者:任苙萍       點擊: 2018-02-18 08:32
        前言:
        與研調機構不謀而合,同樣看好智慧穿戴在"醫療照護保健"應用的還有羅姆半導體 (羅姆);其立論依據是:這將使"以 Data 為基礎"的健康管理變容易。羅姆半導體臺灣設計中心副所長林志升指出,受惠于智慧手機普及、移動網絡環境成熟,從可攜到穿戴,幾成必然。穿戴式產品可在用戶無意識下,理所當然的使用因特網,達到"互聯網的空氣化";從穿戴設備所取得的大量生物數據可供企業及研究機關進行解析,更能了解疾病發生的構造以開發新療法。
         

        照片人物:羅姆半導體臺灣設計中心副所長林志升
         
        網絡+數據,為智能穿戴賦予新生命
        與人工智能 (AI) 等當紅科技的匯流亦值得留意。林志升認為,這些項目的價值皆來自于網絡與數據,穿戴式產品是"數據採集"的絕佳載具,可經由遠程監測確認運作內容及狀態,而深度學習 (Deep learning) 有助于產出內容;此外,大數據分析加上眼動追蹤等的AI 加持,更易于獲取信息并持續更新。例如,穿戴設備采集生理數據后,由 AI 分析身體狀態變化。與此同時,硬件將聚焦"移動性、自然化與使用接口"三大特性;而傳感器、無線模塊、MCU/處理器、電源管理等關鍵零組件,將朝向追求微型化、高整合/復合式、低耗電、低成本。
         
        以一個典型的穿戴式電子設備,當中可能有 CPU、內存、傳感器、顯示、音頻與通常不只一種的通信模塊。以延長運作時間的角度來說,電池的小型化,增長壽命或安全性的改良是電池業者需要面臨的挑戰;而"低功耗電源芯片"是 IC 業者的基本要求之一。林志升說。羅姆所開發出的"Nano Energy"納米級切換整流技術,標榜能將電路待機電流降至極限;不僅可延長智慧穿戴/物聯網 (IoT) 設備的運作時間,也可能搭配能源采集的微型發電技術來自我運作。"Nano Energy"技術加上制程優化及同步整流、輕負載模式等元素,實現 DC-DC 降壓 IC 的待機電流只有 180 nA,號稱全球最小。
         

        圖1:智能穿戴設備之架構示例
        資料來源:羅姆半導體
         
        羅姆集團統包與客制能力再躍升
        在二極管等分離組件市占極高的羅姆,對設備微型化貢獻良多;集團成員 LAPIS 半導體和 Kionix 公司的加入,讓羅姆的智慧穿戴解決方案更為健全。代表產品如下:
        ●平均耗電量僅 20μA 的生物感測技術——日本"新能源產業技術綜合開發機構"(NEDO) 的項目研究;
        ●可應用在計步功能的三軸加速度傳感器"KX126";
        ●傳感器評估套件"Sensor Medal"——"SensorMedal-EVK-001"整合加速度、氣壓、地磁氣、角速度等偵測及通信功能,并搭載處理器;
        ●偵測大氣壓來檢測高度及高低差的氣壓傳感器"BM1385GLV";
        ●低耗電及高精確度的光學式小型脈膊感測芯片"BH1790GLC";
        ●Lapis 半導體的超低功耗微控制器 (MCU)。
         

        圖2:羅姆半導體在智能穿戴應用的解決方案
        資料來源:羅姆半導體
         
        林志升強調,"穿戴式產品的耗能及待機電流直接攸關電池續航力與大眾使用意愿"。上述羅姆參與 NEDO 項目所實驗開發的生物傳感器,從傳統設備可能需要的每小時 200μA 的耗電量,在項目執行完時已達到 20μA。在生物監測的部份羅姆另外推出可偵測心率、血壓等脈搏傳感器,具備兩大優勢:1.強化消除紅光干擾,讓 LED 綠光感測更穩定;2.減少模擬前端 (AFE) 等的消耗電流、優化整個系統的耗電量。
         

         

        圖3:濾除紅光干擾的心率感測,信號波形相對穩定
        資料來源:羅姆半導體
         
        有鑒于追蹤、定位也是穿戴設備常見功能,磁阻感測 (Magneto-Impedance Sensor, MI Sensor) 亦是重點組件,可應用于金屬探測,室內停車場管理,或者是彌補全球衛星定位系統 (GPS) 無法發揮的室內導航。林志升說明,相較于霍爾 (Hall) 感測的響應時間約 7 毫秒、巨磁阻 (GMR) 約 5 毫秒,磁力傳感器 (Magnetic Sensor,又稱"地磁氣傳感器"或"磁力計") 能在 0.5 毫秒響應,在智能穿戴應用漸廣。
         

        圖4:霍爾 (Hall) 、巨磁阻 (GMR) 與磁力傳感器 (Magnetic Sensor) 之比較
        資料來源:羅姆半導體
         
        無線充電與能源采集,緩解穿戴電源致命傷
        "無線充電系統"則是羅姆的另一產品線,EPP (Extended Power Profile) 中功率 15W 收發模塊已于 2016 年取得 WPC Qi 認證。令人眼睛為之一亮的是,羅姆還是"EnOcean"能源采集通信技術的亞洲推廣會員 (Promotor)——EnOcean Alliance 于 2012 年成為世界首個符合"超低功耗無線通信"ISO / IEC 國際標準規范的聯盟。EnOcean 的開關產品可借助開開動作、將動能轉換為電能,支持 IEC 14534-3-10 通信協議收發指令;不需額外供電、線纜,可免去更換電池或充電維護的不便,可運用于電影院或大眾交通系統等公共場域的座位管理。
         
        迄今歐美已約有 40 萬棟建筑物案例建置"EnOcean"能源采集系統。林志升還提到,Wi-SUN 通信規范在日本的智能電表應用推廣有成,預計目標為到 2020 年東京奧運將達到七成的安裝率;除了連接智慧電表到家庭網關 (Gateway) 的 B Route 結合用電量信息及智能穿戴感測,可發展居家照護及節能管理等的應用;日本自 2016 年 4 月施行《電力自由化》政策后,電信商或網通營運商亦獲準可為消費大眾提供賣電服務,不再是電力公司的專利;期將帶動智慧家庭、并將智慧穿戴融入使用情境的加值服務。
         
        林志升表示,去年臺灣啟動智慧電表的實驗計劃,臺電已規劃 2024 年完成 300 萬戶的智慧電表布建計劃,未來將結合 HEMS (家庭能源管理系統)、搭配智能家庭及智能城市等應用。羅姆在 IoT/穿戴應用的策略定位為從市場需求等趨勢,攜手終端客戶或模塊廠就傳感器、電源管理、通信、離散式組件等提出整體方案,開拓 IoT 應用的無限可能。
         

        圖5:羅姆半導體在 IoT 應用的整體方案
        資料來源:羅姆半導體
         

         

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