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隨著(zhù)蘋(píng)果發(fā)布iWatch智能手表的腳步日益臨近，有關(guān)iWatch猜測、爆料也越來(lái)越猛。例如，巴克萊分析師Blayne Curtis日前就爆料：iWatch將采用Silicon Labs公司的紫外線(xiàn)指數傳感器芯片。而最近又有一系列文章預測，iWatch還將整合最少10種傳感器......毫無(wú)疑問(wèn)，傳感器的應用已成為可穿戴市場(chǎng)關(guān)注的一大焦點(diǎn)。 “Silicon Labs不僅推出了全球首款單芯片紫外線(xiàn)指數傳感器，還提供各類(lèi)高能效傳感器，如溫濕度、紅外接近、環(huán)境光、手勢感應等，能滿(mǎn)足眾多應用的需求，并且新產(chǎn)品還在不斷推出。正如Silicon Labs一貫的產(chǎn)品性能特點(diǎn)，高性能、低功耗、小封裝同樣是這些混合信號智能傳感器的最主要優(yōu)勢�！� Silicon Labs核心代理商——世強資深技術(shù)主管廖華平表示。 
圖1. 世強代理的Silicon Labs傳感器產(chǎn)品概覽。 UV指數傳感器為可穿戴設備提供差異化 在消費類(lèi)電子產(chǎn)品中，對UV感測的需求正在上升，因為開(kāi)發(fā)者打算通過(guò)提供保護人們免于UV傷害的這種新功能，來(lái)尋求在可穿戴和手持設備上的差異化設計。UV檢測對于那些有曬傷危險或者對光照有疑慮的人們是有幫助的，例如：戶(hù)外活動(dòng)的終端用戶(hù)在他們達到危險的暴露級別之前，帶有UV傳感器的產(chǎn)品可以為其測量累積的UV強度并且及時(shí)報警。 針對這一市場(chǎng)需求，Silicon Labs在今年2月份推出了適用于智能手機和可穿戴產(chǎn)品的單芯片數字紫外線(xiàn)(UV)指數傳感器IC系列——Si11xx——紫外線(xiàn)指數、環(huán)境光和接近/手勢傳感器。設計旨在檢測UV光照強度、心臟/脈搏速率、血氧飽和度，以及提供接近/手勢控制等。 “Si1132是全球首款單芯片數字紫外線(xiàn)指數傳感器，它集成環(huán)境光傳感器，能自動(dòng)調整顯示來(lái)優(yōu)化功耗并讓人眼更舒服，同時(shí)可以跟加速計一起實(shí)現對人睡眠的跟蹤。其在1Hz采樣率下的功耗1.2uA ，具有超長(cháng)電池壽命；集成光敏二極管、ADC和信號處理功能，簡(jiǎn)化了設計；通過(guò)I2C接口讀取紫外線(xiàn)指數值；工廠(chǎng)校準提高產(chǎn)品的一致性；2×2毫米封裝。以上這些特性使得Si1132成為智能可穿戴和保健應用的理想選擇�！� 廖華平指出。 此外，Silicon Labs還推出了Si1145/46/47 UV和IR接近/環(huán)境光傳感器，根據型號提供單、雙、三個(gè)LED驅動(dòng)器集成選項，可為手勢識別提供15級可選擇的驅動(dòng)等級�？蓱糜冢盒穆屎脱鯗y量、長(cháng)距離接近檢測、先進(jìn)的2D和3D手勢檢測等。 Si1132和Si114x傳感器在寬動(dòng)態(tài)范圍的光源（包括太陽(yáng)光）下提供了優(yōu)秀性能。其牢靠的傳感架構也包括一個(gè)感應能力高達128kLux的環(huán)境光傳感器。光電二極管響應和相關(guān)的數字轉換電路為人造光閃爍噪聲和自然光干擾噪聲提供了優(yōu)秀的抗干擾能力。 “Si1132和Si114x傳感器IC非常適用于具有動(dòng)作跟蹤功能的腕帶和臂帶產(chǎn)品、智能手表和智能手機等應用。除了支持UV指數檢測之外，這些器件也可為健康和健身方面的應用提供環(huán)境光和紅外（IR）接近感測功能。LG就用Si114x做了心率測量的耳塞�！绷稳A平表示。 2x2mm封裝、超低功耗解決可穿戴兩大難題 尺寸一直都是可穿戴設計中的一個(gè)難題，分立器件封裝占用大量空間，很難應用于可穿戴產(chǎn)品中。因為當人們在戶(hù)外鍛煉時(shí)手腕區域通常暴露于陽(yáng)光下，因此運動(dòng)手表和健康/健身腕帶非常適合具有UV測量功能的應用。然而，由于需要在極小的“手腕”尺寸中集成先進(jìn)數字信號處理和天線(xiàn)功能，這些可穿戴設備已經(jīng)變得空間極度受限。 傳統上，用于消費類(lèi)的UV傳感器采用分立式解決方案實(shí)現，通常由對UV頻率范圍敏感的光電二極管構成。在進(jìn)入MCU處理之前，這些光電二極管產(chǎn)生的電流通過(guò)ADC進(jìn)行數字化。光電二極管的靈敏度波動(dòng)很大，消費類(lèi)應用中的可靠性使用需要對其進(jìn)行校準。這些分立式UV解決方案往往依賴(lài)于復合半導體，這使得它們很難與基于CMOS的信號調節和處理電路集成。 在硅基片上進(jìn)行集成處理不僅節省空間而且可以改進(jìn)UV測量本身。如果傳感器IC不僅包含UV傳感器也包含信號調節電路(例如運算放大器)和ADC，那么它就可以在工廠(chǎng)執行設備校準和編程，確保產(chǎn)品UV數據的一致性。如果一個(gè)MCU被集成到解決方案中去執行校準、數據讀取、并以可用形式提供數據，那么這種能力將會(huì )進(jìn)一步增強。 Silicon Labs首先將所有這些功能集成到單芯片解決方案中，在一個(gè)極小的2mmx2mm封裝的單芯片IC中包含了UV指數傳感器和數字處理電路。超小的2mm x 2mm封裝有助于減小最終設計的尺寸并且降低物料清單(BOM)成本。廖華平強調：“UV指數傳感器IC產(chǎn)品已經(jīng)小到可以在典型的8.5英寸寬的頁(yè)面中放置655顆這種傳感器�！� 延長(cháng)電池壽命是可穿戴設計的另一個(gè)難題，Si11xx的超低功耗架構可幫助用戶(hù)采用更小電池實(shí)現更薄的可穿戴式設計，在每秒一次的UV測量速率下平均電流低至1.2μA，待機電流更是小于500nA，有效的延長(cháng)了電池壽命。
圖2. 單芯片UV指數傳感器IC架構示例。 在功耗顯著(zhù)低于同類(lèi)產(chǎn)品條件下，傳感器也提供了更大的靈敏度和感應距離。憑著(zhù)單一的25.6μs紅外光LED工作時(shí)間，高靈敏度的IR傳感器能夠在移動(dòng)感應和手勢識別應用中明顯延長(cháng)電池壽命，同時(shí)保持長(cháng)達50cm的感應距離。此外，LED電流動(dòng)態(tài)調整也進(jìn)一步降低了系統功耗。
圖3. Si114x超低功耗特性 如下圖4所示，為Si114x與同類(lèi)競爭產(chǎn)品的性能比較，圖中的綠色部分指標體現了其優(yōu)勢所在。
圖4. Si114x 擁有最好的接近檢測性能和最低的功耗。 在手勢感應和接近感應中的應用優(yōu)勢 Si114x 擁有最好的接近檢測性能和最低的功耗，最多集成了3個(gè)LED驅動(dòng)器，而競爭產(chǎn)品一般只集成了1個(gè)LED驅動(dòng)器。這使得Si114x能夠用于開(kāi)發(fā)手勢識別接口，這對于可穿戴系統來(lái)講，正變得日益重要。當LED和相應的傳感器放到皮膚上時(shí)，LED驅動(dòng)器也能夠用于心率和脈搏測量。 Si114x傳感器的LED驅動(dòng)器能夠為健康和健身跟蹤器提供反射式心率和血氧飽和度測量功能，非接觸式接口支持終端用戶(hù)遠距離控制。Si1146和Si1147傳感器分別提供兩個(gè)和三個(gè)紅外LED驅動(dòng)器，支持高級運動(dòng)和手勢感應。Si1146可以實(shí)現Z軸和X軸運動(dòng)感應和非接觸式控制，而Si1147添加了第三軸，可以實(shí)現三維運動(dòng)感應。兩個(gè)傳感器提供的反射測量能夠進(jìn)行后處理，以進(jìn)一步判別手勢。
圖5. Si114x在手勢應用中的優(yōu)勢
圖6. Silicon Labs在接近應用中的優(yōu)勢 除了UV測量之外，環(huán)境光線(xiàn)感應器可輕松整合其它保健功能。例如，整天都會(huì )佩戴的可穿戴設備中的環(huán)境光傳感器，當天黑時(shí)可以告知主機MCU，指示佩戴者可能處于睡眠中�？纱┐飨到y中的加速計讀數能夠指示晚間睡眠模式是否受到干擾。環(huán)境光傳感器也能夠基于攝入的可見(jiàn)光強度調整顯示亮度，從而有助于改善可穿戴產(chǎn)品的用戶(hù)界面和電池壽命。 UVIrSlider2EK評估板——簡(jiǎn)化設計 Silicon Labs為可穿戴開(kāi)發(fā)人員提供完整的硬件和軟件工具，以幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化測試、功能特性、原型設計和軟件開(kāi)發(fā)。UVIrSlider2EK UV/IR評估套件為Silicon Labs的光學(xué)傳感器提供了一個(gè)高級的開(kāi)發(fā)平臺。在超低功耗C8051F800單片機的控制下，UVIrSlider2EK將Si1146傳感器連接到兩個(gè)紅外光LED，實(shí)現UV指數測量、高級2D/2軸非接觸式手勢識別和物體接近檢測。
圖7. UVIrSlider2EK評估板——簡(jiǎn)化設計 IrSlider2EK預先配置了固件，即通過(guò)五個(gè)LED燈顯示了用戶(hù)目前所處環(huán)境的UV強度指數。輔助演示軟件提供了一個(gè)可以顯示完整的UV指數數據的GUI界面，也提供了一個(gè)IR滑動(dòng)條演示，并且這個(gè)演示可以通過(guò)8個(gè)可見(jiàn)的LED示范左/右/懸停等手勢識別功能。此外，Silicon Labs還為環(huán)境光、近距離和手勢識別的邏輯算法提供了示例軟件源代碼。 “為了更好的推廣，世強還提供很多更好的演示系統，那些演示系統可以免費提供給工程師做評估和應用，而且資料是免費開(kāi)放給大家的�！� 廖華平特別強調。 本文小結 可穿戴式設計需要更高集成度、小尺寸封裝和低功耗的傳感解決方案，我們也可預見(jiàn)對于業(yè)界首款單芯片數字UV指數傳感器的需求，該傳感器還提供了環(huán)境光和IR感應功能，非常適用于創(chuàng )新的健康和健身應用。而世強與Silicon Labs攜手，致力于將優(yōu)秀的UV指數傳感器及各種高性能功耗比的傳感器帶給廣大中國用戶(hù)。世強同時(shí)還提供節能型MCU、無(wú)線(xiàn)MCU和收發(fā)器、以及其他各類(lèi)傳感器，這些產(chǎn)品可以有效地整合進(jìn)系統解決方案，滿(mǎn)足快速增長(cháng)的可穿戴市場(chǎng)需求。 |
