可穿戴

导读

作为一家以产品线广泛著称的半导体企业,意法半导体(ST)有众多产品应用在可穿戴市场,特别是围绕着MCU(微控制器)和传感器两个关键产品系列,意法半导体紧跟市场需求,打造先进的可穿戴技术解决方案。

可穿戴设备可以解决人们对便捷、健康、生活、娱乐等多样化的需求,其市场前景可想象空间潜力巨大。意法半导体可穿戴设备产品组合旨在满足各种严苛的可穿戴设备需求,目标应用涵盖智能手表、健康监测、心率监测、运动设备等等多个方面。我们的产品组合包括数字处理、传感器、网络连接、安全和电源管理等解决方案。在这些应用中,高精度、低功耗、紧凑的外形尺寸和出色的性能是必需的,意法半导体的产品能充分满足各种前沿的、创新的可穿戴设备需求。

“立足MCU和传感器

对于可穿戴设备,用户既期待更轻,更薄,也希望待机时间更长,功能更强大,从技术实现角度来看,这些是非常矛盾的需求。意法半导体中国区微处理器市场经理廖科盛认为,我们的客户通过优化产品,希望在这些相互矛盾的需求之间找到适当的平衡,其中能够为完美平衡这些矛盾需求而设计的产品,将会是市场的宠儿!

STM32 MCU和MPU(微处理器)作为可穿戴设备的主要处理平台,一直致力于解决这类矛盾需求,从设计阶段就为设计师提供充分的灵活选择。我们的MPU性能更强,功耗更低,支持更多的功耗应用场景,能帮助客户设计出更符合市场需求的终端产品。意法半导体新一代旗舰低功耗产品STM32U5,一经推出,就广泛受到用户欢迎和应用,基于该平台的穿戴产品已纷纷上市销售,市场反应热烈。

廖科盛特别指出,用户要求可穿戴设备具有更强的功能,其中AI(人工智能)也是提高性能的方式之一。ST MPU在设计产品时应用低功耗工艺,选用高性能处理内核,集成各种运算协处理单元,给客户提供灵活多变的功耗工作模式,从而帮助可穿戴设备开发者完美地平衡了高性能和低功耗应用的矛盾需求。同时为了方便客户在微处理器平台上集成应用AI技术,ST提供了完善的软件生态,方便客户在产品设计实现中可以快速地在微处理器平台上实现AI算法。

“▲意法半导体中国区微处理器市场经理廖科盛"
▲意法半导体中国区微处理器市场经理廖科盛

以智能手表市场为例,当前穿戴市场反馈显示智能手表市场增长迅速,经分析认为这一市场趋势主要源于用户对功能需求增加,对显示性能和待机时间要求更高,以及部分需求向高端产品演进等。我们可以看到,在未来几年内,智能手表将仍然会是市场增长的主要驱动力。从2018年基于STM32L4+系列第一块高显示分辨率、长待机时间的客户智能手表发布,到2021年基于STM32U5系列客户新系列的智能手表发布,STM32系列微处理器产品( 包括MCU及MPU) 为智能手表提供了性能和价值的同时,也见证了智能手表这一市场的增长,并且对未来市场增长有极大的信心和充分的准备。

传感器是可穿戴设备中的一种关键元器件。意法半导体是世界排名前列的传感器供应商,提供多元化和完善的MEMS和传感器组合,广泛应用于多样化的可穿戴产品中,如智能手表/ 手环、TWS(真无线立体声)和AR/VR眼镜。

“立足MCU和传感器

以MEMS传感器为例,意法半导体亚太区MEMS产品高级市场经理许永刚介绍,意法半导体为可穿戴设备提供一站式服务,产品包括:加速度计、惯性运动单元、压力传感器、温度传感器。我们拥有ISPU(智能传感器处理单元)技术,可以帮助减少主控制器的负载。我们在新一代的传感器产品LSM6DSO16IS 中嵌入了一个超低功耗和高效率的微控制器ISPU,针对AI算法进行了优化,它可以与通用微控制器一样使用,允许客户在ISPU上开发/ 运行自己的算法。我们的愿景是通过传感器,让可穿戴产品功耗更低、精准更高、更智能。

许永刚认为TWS正在成为语音连接的中心。它可以帮助人们在任何环境中进行交流,并通过识别人们的声音来提供安全性。这些功能是我们通过将传感功能与TWS性能集成来实现的。作为其中的参与者,ST开发了一个特定的IMU(16BX)来支持TWS应用程序。

✦ 16BX在嘈杂的环境中能充分发挥优势,因为它集成了一个高灵敏度、低噪声的加速度计,在宽带宽环境下作为骨传感器具有平坦的频率响应。该传感器通过脸颊周围的骨传导接收声音,应用专用算法帮助佩戴者“听到”说话的声音,即使在非常嘈杂的环境中也是如此。

✦ ST的16bx惯性测量单元还集成了低功耗的陀螺仪和传感器融合算法,使高端TWS 能够支持空间音频功能。例如,IMU中的陀螺仪可以跟踪佩戴者的头部运动,以适应不同的音频效果。

✦ 作为语音终端,具有TWS的设备可以经常与人们互动,以帮助他们接听(或拒绝)电话或切换歌曲。16BX是一种运动传感器,可以执行手势识别,从而通过人类手势增强许多交互。

“▲意法半导体亚太区MEMS产品高级市场经理许永刚"
▲意法半导体亚太区MEMS产品高级市场经理许永刚

面向未来的可穿戴设备,许永刚预测VR和AR设备会非常流行。传感器是虚拟世界和现实世界之间的桥梁。意法半导体拥有用于AR和VR头戴式设备的运动传感器和MEMS ScanAR-ST LBS(Laser BeanScanning,激光束扫描)解决方案等多种技术。

在VR设备中,运动传感器被用于跟踪头部和手部的运动。意法半导体拥有高精度、快速的传感器LSM6DSR,它结合了加速度计和陀螺仪,能提供关于耳机运动极其详细和准确的信息,以确保投影保持稳定和系统保持响应。此类产品旨在提供逼真的体验并减轻因图像响应缓慢或不正确为VR带来的挑战。

“立足MCU和传感器

由于沉浸感要少得多,AR不太容易受到这个问题的影响。对于AR,意法半导体拥有超迷你的微镜扫描技术ST LBS。微镜是一种微型反射机械装置,每秒摆动数千次以扫描激光,在波导上绘制图像,然后反射回眼睛。意法半导体提供的小型化和节能技术使AR眼镜更小、更轻,并为它们提供更长的全天续航时间。这些努力将有助于普及AR并加速其采用。LBS这项极有前途的技术将促进适合全天候佩戴的AR眼镜的普及。ST是LaSAR联盟的创始成员,该联盟正在帮助建立LBS基础设施建设,提供一站式硬件服务支持,为更多的企业轻松进入AR市场提供便利。

“▲由ST与合作伙伴共同开发的AR眼镜更适合全天候佩戴"
▲由ST与合作伙伴共同开发的AR眼镜更适合全天候佩戴

来源:意法半导体中国
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外媒 SAMMOBILE 报道,三星今天发布了全新的Exynos处理器--Exynos W920,是为可穿戴设备量身定做的。它是三年前与初代 Galaxy Watch 一起发布的 Exynos 9110 芯片的继任者。Exynos W920 将于明天在 Galaxy Watch 4 和 Galaxy Watch 4 Classic 中首次亮相。在比上一代产品更省电的同时,新的 Exynos W920 芯片保证了更快的性能。

“三星可穿戴芯片

IT之家获悉,Exynos W920 采用三星代工最新的 5nm 工艺制造。它具有两个 ARM Cortex-A55 CPU 内核和 ARM Mali-G68 GPU。三星声称,其新的可穿戴芯片组在 CPU 测试中比 Exynos 9110 快 20%,并提供高达快 10 倍的图形性能。Exynos W920 的 GPU 可以处理高达 qHD 分辨率(960 x 540 像素)的显示屏。

这款新的 Exynos 处理器采用了目前可穿戴设备领域中最小的封装 —— 扇出型面板级封装(FO-LP)。它包括 Exynos W920、电源管理芯片、LPDDR4 内存和 eMMC 存储在同一个封装中,以有效利用可穿戴设备内的物理空间。这使得智能手表可以利用节省下来的空间来装入更大的电池。

该芯片组还具有专门的低功耗 Cortex-M55 显示处理器,用于处理 AoD(永远在线显示)任务。这降低了使用 Exynos W920 芯片的可穿戴设备的整体功耗。它还集成了 GNSS(全球导航卫星系统)、4G LTE 调制解调器、Wi-Fi b/g/n 和蓝牙 5.0。当然,它支持由谷歌和三星共同开发的 Wear OS 系统。

三星电子表示:“像智能手表这样的可穿戴设备不再只是很酷的小玩意。它们现在是我们生活方式中越来越重要的一部分,让你保持健康、安全和警惕。有了 Exynos W920,未来的可穿戴设备将能够运行具有视觉吸引力的用户界面 UI 和更灵敏的用户体验的应用程序,同时通过快速的 LTE 让你在旅途中保持联系。”

来源:IT之家
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IDC《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告,2018年第四季度》显示,2018年第四季度中国可穿戴设备市场出货量为2269万台,同比增长 30.4%。基础可穿戴设备(不支持第三方应用的可穿戴设备)同比增长25.0%,其中主要的增长来自于耳机产品,而智能可穿戴设备同比增长达到64.5%。

小米手环在第四季度表现环比增长,同比略微下滑,主要依靠耳机和手表产品实现同比增长。华为在可穿戴设备市场呈现多条产品线共同拉动的效果,包括华为TalkBand B5手环以及荣耀手环4,并且其新品手表和耳机产品均有不错表现。得益于AirPods的快速发展,苹果在本季度实现同比增长。步步高旗下小天才的电商渠道在年末大促等活动的刺激下推动其增长,且4G产品占比持续扩大。乐心在年末客户大单的推动下实现同比增长。


IDC已将可穿戴设备中的耳机产品研究范围扩展到能够激活移动设备端的语音助手的产品,例如苹果的AirPods。根据IDC《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告,2018年第四季度》,2018年中国可穿戴设备市场出货量为7321万台,同比增长28.5%。整体市场排名前五大厂商分别是小米、华为、苹果、步步高和奇虎360。预计到2023年,市场出货量将达到1. 2亿台。不同产品形态的市场表现如下:






一、成人手表市场将呈现多元化发展

2018年中国成人手表市场出货量654万台,同比增长37.8%,以苹果、华米和华为为首的前三名品牌占领超过五成的市场份额。2018年成人手表市场先后在低中端市场迎来快速发展,未来在功能上将向健康领域进一步延申,在竞争格局上会迎来更多参与者,在用户定位上将会更针对细分人群。

二、儿童手表市场转向4G的同时将迎来激烈竞争

2018年中国儿童手表市场出货量2167万台,同比增长16.6%,其中4G占比38%,预计未来该比例将持续扩大。白热化竞争将从2G市场转移到4G市场,除运营商之外,电商渠道将成为4G市场在2019年发展的又一重要阵地。

三、手环市场在稳定中逐渐升级

2018年中国手环市场出货量2632万台,同比增长4.8%。市场格局逐渐向主流厂商集中,以小米、荣耀和华为为首的前三名品牌占领接近80%的市场份额。手环市场未来将在屏幕、续航、算法等方面逐渐升级,平均单价在波动中将继续上移。

四、耳机市场在语音助手的发展推动下迅速扩张

2018年中国耳机市场迅猛发展,出货量1607万台,同比增长146.3%。一方面,为了迎合市场智能化的发展趋势,耳机厂商在其产品上逐渐配备激活语音助手功能;另一方面,手机厂商纷纷推出具有激活语音助手功能的耳机,使 "手机+耳机","手表+耳机"形成移动场景中的语音交互新模式。

IDC中国研究经理潘雪菲认为: "2018年中国可穿戴设备市场的主要产品形态中,耳机和手表的市场发展最快。在应用场景方面,健康监测将成为未来的重要发展机会。移动数据除了在通话方面可作为手机的补充外,将成为更全面的人体数据采集以及相关服务生态建立的重要基础。此外,语音交互也将成为可穿戴设备的又一升级方向。可穿戴设备市场的繁荣发展,吸引了越来越多厂商的关注,未来厂商格局也将更加多元化,为这一市场的发展注入新鲜力量。"

欲了解IDC报告的更多信息,请访问 www.idc.com.cn。欲购买报告,请致电+86-10-58891666与IDC中国销售部联系,或发email至fwang@idc.com

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意法半导体即插即用的无线充电器开发套件(STEVAL-ISB045V1)让用户用节省空间的20mm直径线圈,快速开发最高2.5W的体积超小的充电器,给智能手表、运动装备或医疗保健设备等小尺寸的物联网设备和穿戴设备充电。

这款开发套件包括一个基于STWBC-WA无线充电发射控制器的充电底座单元,在底座内是一块发射器电路板和一个已连接且可随时使用的20毫米线圈。套件使用方法简单,使用STSW-STWBCGUI 电脑软件可以配置STWBC-WA控制器并监控运行时信息(例如:供电功率、电桥频率、解调质量和协议状态)。该套件还包括一个用于运行GUI的加密狗。

配套生态系统包括经过相关机构认证的参考板、软件和详细的文档,帮助开发人员在快速增长的智能物联网和穿戴设备新市场上快速推出体积最小、性能最佳的充电器。

STWBC-WA控制器芯片集成了驱动器、原生支持天线电源全桥或半桥拓扑。半桥拓扑可用直径较小的线圈提供最高1W的充电功率,设计体积更小的充电器。该芯片支持所有标准无线充电功能,包括外部异物检测(FOD)和主动存在检测等安全充电功能,并能够通过数字反馈来调整传输功率,在任何负载条件下保持最佳能效。两个可选固件让用户可以选择快速的一站式整体解决方案,或者用API​​访问ADC、UART、GPIO等片上外设,按自己的需求配置应用。

STEVAL-ISB045V1开发套件现已上市。STWBC-WA发射控制器IC已投产。

详细信息访问 www.st.com/wbc

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可穿戴设备要求很高的可靠性,因此当PCB设计师面临着使用FR4(具有最高性价比的PCB制造材料)或更先进更昂贵材料的选择时,这将成为一个问题。

由于体积和尺寸都很小,对日益增长的可穿戴物联网市场来说几乎没有现成的印刷电路板标准。在这些标准面世之前,我们不得不依靠在板级开发中所学的知识和制造经验,并思考如何将它们应用于独特的新兴挑战。有三个领域需要我们特别加以关注,它们是:电路板表面材料,射频/微波设计和射频传输线。

PCB材料

PCB一般由叠层组成,这些叠层可能用纤维增强型环氧树脂(FR4)、聚酰亚胺或罗杰斯(Rogers)材料或其它层压材料制造。不同层之间的绝缘材料被称为半固化片。

可穿戴设备要求很高的可靠性,因此当PCB设计师面临着使用FR4(具有最高性价比的PCB制造材料)或更先进更昂贵材料的选择时,这将成为一个问题。
如果可穿戴PCB应用要求高速、高频材料,FR4可能不是最佳选择。FR4的介电常数(Dk)是4.5,更先进的Rogers 4003系列材料的介电常数是3.55,而兄弟系列Rogers 4350的介电常数是3.66。


图1:多层电路板的叠层图,图中展示了FR4材料和Rogers 4350以及核心层厚度。

一个叠层的介电常数指的是叠层附近一对导体之间的电容或能量与真空中这对导体之间电容或能量的比值。在高频时,最好是有很小的损耗,因此,介电系数为3. 66的Roger 4350比介电常数是4.5的FR4更适合更高频率的应用。

正常情况下,可穿戴设备用的PCB层数从4层到8层。层的构建原则是,如果是8层PCB,它应能提供足够的地层和电源层并将布线层夹在中间。这样,串扰中的纹波效应就能保持最小,并能显着减少电磁干扰(EMI)。

在电路板版图设计阶段,版图安排方案一般是将大块地层紧靠电源分配层。这样可以形成很低的纹波效应,系统噪声也能被减小到几乎为零。这对射频子系统来说尤其重要。

与Rogers材料相比,FR4具有较高的耗散因数(Df),特别是在高频的时候。对于更高性能的FR4叠层来说,Df值在0.002左右,比普通FR4要好一个数量级。不过Rogers的叠层只有0.001或更小。当将FR4材料用于高频应用时,就会在插损方面产生明显的差异。插损被定义为在使用FR4、Rogers或其它材料时信号从A点传输到B点的功率损失。

制造问题

可穿戴PCB要求更加严格的阻抗控制,对可穿戴设备来说这是一个重要的因素,阻抗匹配可以产生更加干净的信号传输。在较早前,信号承载走线的标准公差是±10%。这个指标对今天的高频高速电路来显然不够好。现在的要求是±7%,在有些情况下甚至达±5%或更小。这个参数以及其它变量会严重影响这些阻抗控制特别严格的可穿戴PCB的制造,进而限制了能够制造它们的商家数量。

采用Rogers特高频材料做的叠层的介电常数公差一般保持在±2%,有些产品甚至可以达到±1%,相比之下FR4叠层的介电常数公差高达10%,因此,比较这两种材料可以发现Rogers的插损特别低。与传统的FR4材料相比,Rogers叠层的传输损耗和插损要低一半。

在大多数情况下,成本最重要。然而,Rogers能以可接受的价位提供相对低损耗的高频叠层性能。对商业应用来说,Rogers可以和基于环氧树脂的FR4一起做成混合PCB,其中一些层采用Rogers材料,其它层采用FR4。

在选择Rogers叠层时,频率是首要考虑因素。当频率超过500MHz时,PCB设计师倾向于选择Rogers材料,特别是对射频/微波电路来说,因为上面的走线受到严格的阻抗控制时,这些材料可以提供更高的性能。

与FR4材料相比,Rogers材料还能提供更低的介电损耗,其介电常数在很宽的频率范围内都很稳定。另外,Rogers材料可以提供高频工作要求的理想低插损性能。

Rogers 4000系列材料的热膨胀系数(CTE)具有优异的尺寸稳定性。这意味着与FR4相比,当PCB经历冷、热和非常热的回流焊循环时,电路板的热胀冷缩可以在更高频率和更高温度循环下保持在一个稳定的限值。

在混合叠层情形下,可以轻松地使用通用制造工艺技术将Rogers和高性能FR4混合在一起使用,因此也相对容易实现高的制造良率。Rogers叠层不需要专门的过孔准备工序。

普通FR4无法实现非常可靠的电气性能,但高性能FR4材料确实有良好的可靠特性,比如更高的Tg,仍然相对较低的成本,并能用于种类广泛的应用,从简单的音频设计到复杂的微波应用。

射频/微波设计考虑

便携式技术和蓝牙为可穿戴设备中的射频/微波应用铺平了道路。今天的频率范围正变得越来越动态。还在几年前,甚高频(VHF)被定义为2GHz~3GHz。但现在我们可以见到范围在10GHz到25GHz之间的超高频(UHF)应用。

因此对可穿戴PCB来说,射频部分要求更加密切地关注布线方面的问题,要把信号单独分开,使产生高频信号的走线远离地。其它考虑因素包括:提供旁路滤波器,足够的去耦电容,接地,将传输线和回路线设计的几乎相等。

旁路滤波器可以抑制噪声内容和串扰的纹波效应。去耦电容需要放置在更靠近承载电源信号的器件引脚旁边。

高速传输线和信号回路要求在电源层信号间布置一个地层,用于平滑噪声信号产生的抖动。在较高的信号速度时,很小的阻抗失配都会造成不平衡的传输和接收信号,从而产生失真。因此必须特别留意与射频信号有关的阻抗匹配问题,因为射频信号具有很高的速度和特殊的容限。

射频传输线要求控制阻抗以便将射频信号从特定的IC基底传送到PCB。这些传输线可以在外层、顶层和底层实现,也可以设计在中间层。

在PCB射频设计版图期间使用的方法有微带线、悬浮的带状线、共面型波导或接地。微带线由固定长度的金属或走线以及位于正下方的整个地平面或部分地平面组成。一般微带线结构中的特征阻抗从50Ω到75Ω。


图2:共面波导可以在射频线路和需要走线靠很近的线路附近提供更好的隔离。

悬浮带状线是另外一种布线和抑制噪声的方法。这种线由内层上固定宽度的布线和中心导体上下的大块地平面组成。地平面夹在电源层中间,因此可以提供非常有效的接地效果。对可穿戴PCB射频信号布线来说这是优选的一种方法。
共面波导可以在射频线路和需要走线靠近的线路附近提供更好的隔离。这种介质由一段中心导体和两旁或下方的地平面组成。传送射频信号的最佳方法是悬浮带状线或共面波导。这两种方法可以在信号和射频走线之间提供更好的隔离。

在共面波导两边推荐使用所谓的“过孔围栏”。这种方法可以在中心导体的每个金属地平面上提供一排接地过孔。在中间运行的主要走线在每边都有围栏,因此给返回电流提供了到下面地层的捷径。这种方法可以减少与射频信号高纹波效应有关的噪声电平。4.5的介电常数保持与半固化片FR4材料相同,而半固化片—从微带线、带状线或偏移带状线—的介电常数约3.8到3.9。


图3:在共面波导的两侧推荐使用过孔围栏。

在使用地平面的某些设备中,可能会使用盲孔来提高电源电容的去耦性能,并提供从器件到地的分流路径。到地的分流路径可以缩短过孔的长度,这样可以达成两个目的:你不仅创建了分流或地,而且可以减少具有小块地的器件的传输距离,这是一个重要的射频设计因素。

围观 395

MAX32625 MAX32626是一款具有未连接点单元的ARM Cortex-M4F 32位微控制器,是可穿戴医疗和健身应用的理想选择。该架构结合了超低功耗,高效率信号处理功能和易用性。内部96MHz振荡器提供高性能,内部4MHz振荡器支持需要始终监视的应用的最低功耗。该器件提供512kB的闪存和160kB的SRAM。

MAX32626具有四个强大和灵活的电源模式。外设管理单元(PMU)可通过多达六个通道实现智能外设控制,大大降低功耗。内置动态时钟门控和固件控制的电源门控允许用户优化特定应用的功耗。提供多个SPI,UART和I2C串行接口,以及1-Wire主器件和USB,允许与各种外部传感器互连。MAX32625L是MAX32625的低成本版本,提供256kB闪存和128kB SRAM。MAX32626是MAX32625的安全版本。它结合了具有加密和高级安全功能的信任保护单元(TPU)。这些功能包括ECDSA的模块算术加速器(MAA),硬件PRNG熵发生器和安全引导加载程序。MAX32626和MAX32625都提供硬件AES引擎。

MAX32625/MAX32626主要特性

可穿戴设备的高效率微控制器
内部振荡器工作频率高达96MHz
低功耗4MHz振荡器系统时钟选项,用于始终监视应用
512KB闪存(256KB“L”版本)
160KB SRAM(128KB“L”版本)
8KB指令缓存
1.2V内核电源电压
1.8V~3.3V I/O
可选3.3V±5%USB电源电压
宽工作温度:-30℃~+85℃
电源管理最大化电池应用的正常运行时间
从缓存执行的106μA/MHz有效电流
从闪光灯执行的49μA/MHz有源电流
唤醒至96MHz时钟或4MHz时钟
600nA低功耗模式(LP0)电流,启用RTC
2.56μW超低功耗数据保持休眠模式(LP1),在96MHz时钟源上实现快速5μs唤醒
27μA/MHz低功耗模式(LP2)电流
最佳外设混合提供平台可扩展性
SPI执行到位(SPIX)引擎,以最小的占用空间进行内存扩展
三个SPI主器件,一个SPI从器件
三个UART
最多两个I2C主器件,一个I2C从器件
1-Wire主机
全速USB2.0设备,带内部收发器
十六个脉冲序列(PWM)发动机
六个32位定时器和3个看门狗定时器
最多40个通用I/O引脚
在7.8ksps下工作的10位Delta-Sigma ADC
AES-128,-192,-256
CMOS电平32kHz RTC输出可用于所有功耗模式
安全可靠的IP和数据,具有强大的内部硬件安全性(仅限MAX32626)
信任保护单元(TPU)提供ECDSA和模块算术加速支持
PRNG种子生成器
安全引导加载程序
MAX32625 / MAX32626应用
健身监视器
便携式医疗设备
传感器集线器
体育手表
可穿戴医疗贴

Maxim MAX32625 32位MCU可穿戴应用开发方案

图1 MAX32625/MAX32626简化框图

MAX32625评估板

MAX32625评估板(EV kit)为评估MAX32625/MAX32626微控制器的功能提供了方便的平台。评估板还提供了一个完整的功能系统,非常适合开发和调试应用。

MAX32625评估板主要特性

使用提供的Olimex ARM-USB-TINY-H JTAG调试器轻松加载和调试代码通过标准20引脚ARM JTAG头连接
PMIC的可选电源包括通过CN2的USB电源,外部电池通过J2连接器或台式电源通过测试点TP12和TP13
用于板载外设的可选电源(开关,LED,OLED显示屏,SPI闪存,Bluetooth LE收发器)
用于访问IC的I/O引脚和模拟前端(AFE)输入信号的接头
USB Micro-B连接到IC的USB设备控制器。
USB Micro-B连接到USB-UART桥可在IC的内部UART0和UART1之间选择
MAX32625/MAX32626内部实时时钟(RTC)
板载蓝牙4.0 BLE收发器,带芯片天线
通用按钮开关和指示灯(所有连接到GPIO)用于用户I/O
用于客户电路的集成电源轨的原型设计矩阵(0.1in格)。

MAX32625评估板包括

带MAX32625或MAX32626微控制器的评估板
具有JTAG带状电缆(用于从调试器连接到评估板插座J1)和USB标准A到B电缆(用于从PC到调试器的连接)的Olimex ARM-USB-TINY-H JTAG调试器
标准A至Micro-B USB电缆(用于从PC或独立USB电源连接到评估板USB Micro-B连接器CN1或CN2)允许从PC USB主机连接到IC的USB设备控制器外
标准A至Micro-B USB电缆(用于将PC连接到EV dit USB连接器CN1)允许虚拟COM端口通过USB/UART桥接器连接到IC的UART0或UART1

Maxim MAX32625 32位MCU可穿戴应用开发方案

图2 MAX32625评估板外形图

Maxim MAX32625 32位MCU可穿戴应用开发方案

图3 MAX32625评估板框图

表 MAX32625评估板材料清单

Maxim MAX32625 32位MCU可穿戴应用开发方案

Maxim MAX32625 32位MCU可穿戴应用开发方案

详情:
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX32625-MAX32626.pdf
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX32625-EVKIT.pdf

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围观 366

消费类电子产品经过几十年的发展已经有无数种各类用途的设备,从专业设备到个人消费品。虽然存在性能和功能的差异,但是消费类电子产品往往遵循相同 的设计趋势:设备功能变得越来越强大、体积小巧和省电。可穿戴设备集中体现了这一趋势,它是一种便携、电池供电、高集成度的设备,负责从高精度模拟测量到 直观用户界面的所有一切。可穿戴式设备开发人员必须仔细的在多种集成电路(IC)中匹配产品的需求,有时还需要同时应对相互矛盾的优先选项。

例如,让我们仔细思考,在灵巧的可穿戴式设计中如何兼顾尺寸、电池寿命和功能,同时又不忽视可穿戴设备的特殊性:包括它们的个性化功能和吸引力。我们以“功 能单一”类型的可穿戴设备为例——一个没有屏幕、纽扣电池供电的计步器,可以在当用户需要运动时提醒用户,同时也能够保持跟踪一整天的步数。一个简单的电 容感应触控接口实现用户输入,一个三色LED提供刚好够用的富有表现力的输出,这使产品可以提供方便且具吸引力的个性功能。这个产品设计展示了功能强大的 IC如何塞入小型封装中,有助于促进创新和产品差异化。

我们的产品需求

让我们先来勾画出产品的基本需求。在定义了功能集之后,我们能够选择负责各项功能的组件。这是一款精简到只剩基本功能的计步器。没有提供屏幕、蜂鸣器或者iPhone应用程序,该设备有意突出它的简朴和小尺寸。它的用户接口同样简洁明了。

基本设计需求包括:

• 最小化可实现的外形尺寸:带有外壳的产品应当在各项尺寸上尽可能接近CR2032电池的大小,因此用户能够在口袋中携带该设备,或者挂到他们的钥匙链上。

• 用户输入:在纽扣电池形状壳体的一侧,提供能够识别如下输入的电容触摸接口:

o 滑动:解除提示用户需要起立的报警
o 轻敲并保持:开启新的一天(复位计步器)
o 轻敲:检查一天中的步数

• 简单的输出:在壳体某处裸露的LED提供所有输出:

o 红色:定时的短闪烁表示用户已经保持不动太长时间了
o 绿色双闪:当用户开始新一天时通过轻敲并保持动作触发
o 1秒钟红/黄/绿输出:指示一天内达到33%、66%和100%步数的百分比,在轻敲触摸接口后持续几秒钟

如何实现小型化?

CR2032 电池的直径是20mm,高度是3mm。很显然,我们的系统必须比它稍微大些,但是我们如何在现实中实现可穿戴设备的小型化呢?让我们假设产品的塑料外壳能 够做的非常薄,因此在直径上它增加的长度不会超过5mm,同时易于支持电池更换。对于高度,我们如何最小化该设计的高度并保持大致纽扣电池那样的尺寸呢? 在产品的垂直堆叠中,它的高度由四种器件尺寸构成:电池、印制电路板(PCB)、PCB上的器件和产品的塑料外壳。对于四层PCB来说,PCB厚度大约为 0.5mm。而如何最小化焊接到该PCB上的器件高度需要仔细进行型号选择。这时寻找高性能的芯片级尺寸封装的器件对于我们的设计来说至关重要。
芯片级尺寸封装的好处

晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)代表了制造和芯片组装技术中多年持续进步的成果。在WLCSP封装中,硅被直接连接到封装一侧的焊球上,与之相反,旧有技术通过绑定线连接硅端口焊盘到封装引脚。这种设计的影响是封装能够设计成宽度和高度都接近内部硅片自身尺寸的大小。

IC 供应商们争相发布WLCSP的封装支持现有的多种设备,从而获得极小封装类型的好处。此时会出现的挑战是:一些厂商的硅片相当大,以至于它在获得更小尺寸 的封装上没有竞争力。来自Silicon Labs的EFM8SB1 MCU非常适合CSP封装类型,这是因为虽然该MCU有极高的功能密度,但是它已经适应小封装尺寸(例如3mm×3mm QFN封装)。EFM8SB1 WLCSP封装尺寸仅为1.78mm×1.66mm。

EFM8SB1 MCU成为这个设计和其他可穿戴设计的理想选择,它的关键特性包括:

• 8位MCU提供超低功耗、高灵敏度电容感应输入。

• 片上实时时钟能够周期的从超低功耗(~300nA)状态唤醒系统。在这个设计中,这个时钟的一个用途就是测量从最近一次走动以来的时间,并发送活动通知去鼓励用户站起来并走动。

• 2-8kB闪存和512字节的RAM维持在整个低功耗周期内,结合25MHz的8051内核使这个小设备具有执行逻辑和进行多种系统响应的能力。

接 下来是计步器的选择。为了充分利用CSP封装的MCU所带来的超薄特性,所有板上的集成电路理论上也要选择CSP封装的器件。出于这个原因,我们的板上加 速计理论上也应当支持CSP封装。最新发布的Bosch BMA355提供高集成度的传感器,在片上实现多种三轴事件监测,可以通过SPI接口与EFM8 MCU进行通信交互的事件。

因为两个IC器件以及必要的几个分立被动器件都能够采用超薄封装,因此产品的塑料外壳可制成超薄的并且靠近电容感应面,从而优化触摸灵敏度。其产品外壳甚至能够在靠近电容感应焊盘区域有轻微的锥度,以压缩板上PCB和板上器件之间形成微小的空间间隙。


图1:带有CSP MCU的可穿戴设备板垂直层叠图

电路板布局

使用CSP封装器件最大化的电路板空间,使得我们能够在PCB上实现电容感应接口。MCU和加速计应集群分布在大体成圆形的PCB一侧的边缘,连同可以裸露的LED一起。当然LED可能需要在设备的封装壳上开孔来展现。

为 了检测手指滑动,电路板必须有两个电容传感器,理论上是相同尺寸的两个传感器,沿着他们相同的边沿轻微的交错开。这两个传感器应当占去板上MCU侧的大部 分面积,然而它们应当被第三个细小的传感器围绕,同时这第三个传感器也围绕着其他两个传感器。这第三个传感器在用户交互过程中提供我们MCU在进行触摸和 滑动检测过程中所需要使用的关键信息。


图2:拥有电容传感器的可穿戴设备电路板布局

触摸检测

可穿戴设备的极度便携性意味着这些设备通常放在身上或者手中。对于测量传导物质(例如手或者皮肤)接近的设备来说,被设备检测到的接近恒定的人体接触可能导致触摸检测问题。幸运的是,该设计中所选择的MCU和加速计的特点帮助开发人员克服了这些挑战。

虽然该系统有三个电容传感器,但是实际上它有四个触摸输入。加速计提供了中断驱动的轻敲探测器,能够通过固件检测触摸事件并且以多种方式提供接口给我们。凭借加速器轻敲检测器的优势,由EFM8SB1 MCU检测的触摸经过以下阶段:

• 在设备边沿处的边界传感器处检测到正向增量,执行一个输入使用案例,这是用户沿着设备的边沿拿着设备,或者用手掌完全围绕设备边沿握持,马上接下来是:

• 轻敲检测事件由加速计发出,同时与下列事件保持一致

• 在中心的电容传感器其一或全部检测到显著幅度的正向增量

MCU的固件可以通过Silicon Labs Simplicity Studio开发环境提供的电容感应固件库实现所有电容感应触摸检测和过滤。

低功耗功能

加速计和MCU都能够被配置在低功耗模式下操作。电容感应固件库使得EFM8SB1 MCU能够进入~300nA的睡眠模式,并且周期性的唤醒去检查电容传感器上的活动事件。如果加速计发信号通知事件已经检测到并且数据已经准备就绪,那么 MCU也能够使用端口匹配唤醒事件去异步唤醒。

EFM8SB1 MCU将保持在低功耗状态,并且仅仅消耗不到1µA电流,除非有下列情况之一发生:

• 触摸检测事件需要对电容感应输入监视进行更多响应

• 加速计活动事件(例如轻敲检测或者脚步检测中断)需要MCU唤醒去服务这些中断

• 运动通知事件,设备开关LED去鼓励用户站起并走动

与此同时,加速计被配置来实行最低的功耗操作状态,同时仅仅在轻敲事件或者在三轴之一检测到变化时才发送信号。但是片上缓存数据能够最小化MCU和加速计之间的交互次数,进一步优化电池使用寿命。

MCU从加速计读出缓冲数据之后,一些附加的检查和分析必须被执行以确定是否有后续步骤。一旦三轴数据与存储在EFM8SB1设备上的历史数据相比较后,MCU可以更新其计步器,并且快速返回到低功率状态。

下一步?

本示例中展示了可穿戴设备领域内“单一功能”类型的终端产品。在示例中CSP尺寸的集成电路操作所带来的功能密度、精确度和能效也说明了如何使用和控制这类 IC。例如,在可穿戴设计中描述的产品可以被视为更大产品中的一个子系统,其中芯片尺寸的MCU可作为低功耗传感器集线器运行,去管理触摸接口和加速计。 随着硅芯片供应商设法集成更多特性到更小封装中,需要系统开发人员充分利用这些创新去获得产品设计的灵感。

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本文来源:MEMS公众号

据麦姆斯咨询报道,埃及初创公司Si-Ware近日推出了单个芯片大小的MEMS近红外光谱仪——NeoSpectra Micro,其尺寸足以集成于智能手机和可穿戴设备中,而大约一年之前,该公司曾推出了其首款卡片大小的商用近红外光谱仪。新款微型片上光谱仪的检测范围为1100 nm~2500 nm的近红外光谱区域,其外观尺寸为18 x 18 mm,厚度仅为4 mm。


NeoSpectra 及新款片上光谱仪NeoSpectra Micro

“Si-Ware公司的两款光谱仪均采用相同的MEMS单片迈克尔森干涉仪技术,芯片级版本经过完美的机械及光学优化,”Si-Ware公司执行副总裁Scott Smyser称,“首款进入市场的NeoSpectra利用光纤将外部光源导入MEMS芯片。而新款NeoSpectra Micro采用一组微镜取代了光纤,将微镜直接和光子探测器及光源集成在一起。”


NeoSpectra Micro封装分解图

NeoSpectra Micro的读出ASIC和处理器芯片堆叠在MEMS芯片单元下方,因此,设计人员拿到的是一款立即可用的微型光谱仪,其结果可以直接发送至云端,进而匹配并识别任何特征光谱。

很明显,Si-Ware公司希望进入消费类市场,将光谱学应用至广阔的健康和安全领域,使消费者可以直接扫描他们的食物,以识别过敏原和新鲜度,还能识别药物成分、分析空气质量,甚至还能检测用户自己的呼吸,以实现健康监测。

据麦姆斯咨询消息,目前市场上可以实现成分分析功能的公司中,比较知名的是以色列的Consumer Physics公司,该公司近期与长虹联合推出了长虹H2手机,在全球范围内引起了广泛关注。Consumer Physics目前专注于研发手持分析仪产品, Si-Ware公司则推出能够广泛应用于智能手机和可穿戴设备的芯片级光谱分析解决方案,或将推动成分分析功能在消费类市场的应用普及。

Si-Ware公司也将提供低成本的微型光谱仪模块,分析和终端应用将由设备和APP开发商以B2C的服务模式提供。

“芯片级版本的微型光谱仪开辟了全新的用户习惯。我认为这款突破性器件可以媲美十年前的MEMS惯性传感器。一旦能够将其集成进入智能手机,许多前所未有的创新应用将应运而生,进而微型光谱仪的市场将会被引爆。” Smyser充满信心地说。

据法国市场研究机构Tematys的数据, 2016年紧凑型光谱仪市场规模为6.55亿美元,预计到2021年将增长至10亿美元,其中,消费类应用增长率最高。2015~2021年,预计消费类应用市场的复合年增长率可达54%。

凭借NeoSpectra Micro的推出,Smyser预计Si-Ware公司的市场营收将在未来数年内实现翻翻。之前发布的尺寸更大的NeoSpectra在过去十二个月内的出货量已经达到数万个,预计NeoSpectra Micro的出货量可达数十万颗。

NeoSpectra Micro的定价比较合理,批量售卖价格约为100美元/颗。“这是预估售价,但是,我相信随着出货量的提高,价格会更具吸引力,因为我们的工艺很容易扩大生产规模,我们采用了一颗MEMS芯片和两颗CMOS ASIC芯片,它们都可以按需实现规模化制造。” Smyser说道。

Si-Ware公司在2017美国西部光电展上展示了NeoSpectra Micro,其被设计装配在一款iPhone手机壳中,并利用一款应用展示APP,能够扫描并检测食品和咖啡成分,实现谷蛋白和咖啡因等元素的精准探测和定量检测。这款iPhone手机壳由XPNDBLS公司开发,光谱分析算法则由GreenTropism公司开发。

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MCU+传感器可立即开发应用的可穿戴开发平台

本设计方案主要提供运动传感器BNO055 的Demo方案,为相关运动Sensor 开发前期提供便捷的开发方案,提高用户开发速率、缩短产品开发周期。
本Demo 方案板卡配合OWL-BNO055-Bit 模组为用户提供更快捷的开发,OWL-BNO055 方案板作为前期设计。而OWL-BNO055-Bit 直接为用户提供BNO055 9 轴传感器方案模组,直接开发产品。可直接用于四轴飞行器、无人机、平衡车、可穿戴等产品中。

功能描述:



BNO055 Sensor 集合多种传感器,包括:3 轴12-bit 加速度传感器,3 轴地磁传感器和3 轴16-bit 陀螺仪,并内置Atmel 32-bit MCU 以处理各类传感器相互间软件运算,是目前最小尺寸支持Windows 8.1 的Sensor-hub 产品。既可单独提供三类传感器(加速度/地磁/陀螺仪)的单一数据,亦可提供组合数据,透过内置MCU 计算,为智能手机、穿戴设备等产品提供更多方面的应用支持。

主要特点:
·输出加速度、地磁、陀螺仪传感器融合后的数据,包括四元数
数据和欧拉数据。
·输出加速度、地磁、陀螺仪独立的数据。
·内部MCU 可开发。
·3 个传感器封装在一个芯片中。
·提供多种通信接口。
·小封装。
·提供电源管理。
·常见的供电方式。
·提供数字接口。
·非常实用与消费类电子产品。

BNO055 系统体系架构:

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