真乄科技業的頂尖投資團隊

陀螺儀可測量角速率，用於實現電子遊戲、三維(3D)滑鼠、體育訓練等功能。  

．羅盤 

羅盤可測量地環磁場方向，為設備提供指標方向功能。羅盤廣泛用於室內導航和手機地圖導航。  

．氣壓感測器 

氣壓感測器可測量地球大氣壓，用於設計氣壓計和測高度計。例如意法半導體(ST)LPS25H氣壓感測器能夠精確辨別感測器所在位置是大樓的第幾層，可用於實現室內導航、擴增實境和3D GPS(圖3)。  

圖3　2.5毫米×2.5毫米高準確度MEMS氣壓感測器

．溫度和濕度感測器 

溫度和濕度感測器可測量溫度和濕度，控制穿戴式裝置的性能。  

類比前端 

以下是目前最常見的幾種類比前端，分別加以說明：  

．運算放大器 

類比感測器(Analog Sensor)向微控制器(Microcontroller)傳送資訊須要使用訊號轉換器，訊號轉換器應具有下列重要特性：精確且穩定，盡可能提高資訊準確性；低功耗，使用時間更長；尺寸精巧，可整合到纖薄的時尚設計內。運算放大器(Operational Amplifier)必須滿足低輸入失調電壓和零漂移率兩個要求，否則電極資訊的準確性沒有保證。雖然訊號功率恢復如初，但是在訊號送入微控制器之前，需要一個高準確度微功耗放大器。  

．開關 

開關(Switch)採用多工或多路分配的方法傳輸各種訊號。智慧裝置內的感測器數量越來越多，開關為輸入輸出訊號分配路由，還能選擇將音效訊號分配到喇叭還是耳機(圖4)。類比開關的目標應用若能覆蓋從音效到通用序列匯流排(USB)的所有訊號拓撲，將能夠滿足大多數應用需求。  

圖4　開關運作示意圖

音效 

目前，微機電系統(MEMS)麥克風(Microphone)與音效放大器是讓裝置音效運作的主要元件。  

．MEMS麥克風 

MEMS麥克風是將聲訊號轉化為電訊號的聲學感測器，因為訊號噪音比更高、外觀尺寸更小、提供數位介面、抗射頻(RF)性能更高及防震能力更強，MEMS麥克風比傳統麥克風更受市場青睞。麥克風使人機互動變得更加容易快捷，操作變得更加流暢。在外觀設計上，麥克風的使用可以減少按鈕數量，讓設計人員可開發出時尚美觀的產品。此外，雙工作模式是下一代麥克風的發展趨勢，在監聽/低功耗模式下，若保證麥克風偵測語音命令所需的基本性能條件，麥克風功耗將降至最低水準，而處於正常工作模式時，聲學參數設置為語音控制應用所需的最佳參數(圖5)。  

圖5　藉助類比開關，微控制器可將麥克風設為監聽或正常模式。

．音效放大器 

重現音樂、語音或有聲通知需要喇叭，而驅動喇叭則需要音效放大器。穿戴式裝置要求音效放大器具有很高的能效，能夠向小型低功耗設備輸出高品質音效。  

電源管理 

在電源管理方面，可透過以下三個部分來加以探討：  

．電池電量監控 

穿戴式裝置的電源通常是一個小電池。精確的電池監控功能可監控電池電量，增加電源智慧管理功能。例如，當電量降低時，及時通知用戶充電或自動關閉耗電模組。電源管理整體解決方案若能同時整合電壓電流對時間變化監測功能，將可提供最準確的電池電量監測。  

．智慧復位 

隨著穿戴式裝置的智慧化越來越高，為管理所有的感測器資訊，軟體複雜性呈指數成長。隨著功能數量增加，終端使用者誤操作的機率也相對增加，系統崩潰時有發生，為維護產品品質和品牌名氣，需要跳佇列、重新開機應用。  

．即時時鐘 

在穿戴式裝置中，即時時鐘(RTC)不僅用於計時，還讓系統按時進入低功耗省電模式。電池供電的微型裝置需要低功耗、微型封裝的即時時鐘，如意法半導體的M41T62 RTC就是一顆微型封裝且內建晶體的350奈安培(nA)即時時鐘。  

無線通訊技術--智慧藍牙 

智慧藍牙(Bluetooth Smart)又稱低功耗藍牙(BLE)，是一個可連接低功耗裝置和感測器的藍牙通訊標準。藍牙技術採用2.4GHz的短波無線電傳輸資料。智慧藍牙標準能夠以極低的功耗在各種裝置之間實現雙向無線通訊，延長通訊裝置的電池續航時間。具有低功耗藍牙功能的裝置還能與相容的智慧型手機無縫交換資料，透過智慧型手機功能豐富的使用者介面實現更大價值。智慧型手機還可透過行動網路例如通用封包無線電服務(GPRS)將感測器資料傳送到雲端(圖6)。  

圖6　藍牙智慧晶片BlueNRG分層架構

低功耗藍牙技術與傳統藍牙技術的載波頻帶相同，不同的是，低功耗藍牙技術可為功耗受限的應用提供低功耗連接和基本資料傳輸功能。  

穿戴式裝置應用廣泛多元 

穿戴式裝置的主要目標應用，可以從健身養生、醫療保健、接近偵測和防盜配件、安全追蹤四方面來加以說明。  

．健身養生 

智慧手表、運動監控器等智慧穿戴式裝置讓使用者能夠在智慧型手機上監控自己的健身活動。穿戴式裝置還可以充當運動監控器、智慧腳墊、睡眠感測器和心率監控器，並最佳化體育成績、監控健身目標、控制體重，以及分享方位資料。  

．醫療保健 

心率監控器、血糖監控器、脈搏血氧儀等醫療裝置現在可以透過低功耗藍牙連到智慧型手機，甚至還可以透過智慧型手機連接到網際網路，將測量資訊保存到雲端與醫生和親朋好友分享。低功耗藍牙技術還准許將這些電子裝置放在關鍵位置，例如鞋內或腕帶內。低功耗藍牙支援許多醫療保健設備，例如血糖計、心率監控器、溫度計和血壓表等。  

．接近偵測和防盜配件 

當配戴低功耗藍牙配件的寵物或兒童走出視線外，低功耗藍牙穿戴式裝置會向智慧型手機發出提醒通知。內建低功耗藍牙的汽車鑰匙如果不見了，可以借助相連的智慧型手機輕鬆找到鑰匙。當錢包或行李包內建低功耗藍牙配件時，如果有人想偷錢包或行李，智慧型手機也會提示用戶注意。  

．安全追蹤 

智慧手表或安全追蹤器等穿戴式裝置讓家長能夠連續不斷地追蹤孩子的位置，還能在孩子和女士用戶遭遇危險時自動發送緊急求助訊號。工作原理是穿戴式裝置先向所連結的智慧型手機發送急救訊號，然後智慧型手機透過簡訊向相關救援機構和親屬發送用戶所在位置。  

結合智慧感測器/BLE　穿戴式裝置前景看俏 

穿戴式裝置像網際網路一樣有改變世界的潛力。智慧感測器和低功耗藍牙使穿戴式裝置具有感測能力和通訊功能，從而做出複雜的決策。穿戴式裝置將會開創全新的應用實例，完成智慧型手機無法勝任的任務。醫療和健身有望成為穿戴式技術最大的應用類別。  

(本文作者任職於意法半導體)