迎合多元使用情境 可穿戴设备元件规格翻新

穿戴式装置关键元件再翻新。智慧眼镜、智慧手表、智慧手环等穿戴式装置将被设计和应用于健康监测、生活服务、个人影音娱乐等使用情境，其未来的人机介面(UI)亦将求新求变，垫高系统开发商的设计门槛，同时加速关键元件规格与效能演进。  
使用情境更趋多元　穿戴式设计关卡大增

穿戴式装置未来使用情境想像空间无限，将推动穿戴式装置人机介面持续进化，导致系统设计挑战倍增。  


图1 晶奇光电总经理吴世彬表示，穿戴式装置让电脑更具可携式与私密性，将颠覆行动装置的使用概念。
晶奇光电总经理吴世彬(图1)表示，穿戴式装置主要消费族群锁定喜欢时尚和运动休闲的年轻人，日后使用情境将可发展为智慧服饰，其织物还能够对电、热和压力讯号做出反应，甚至于控制冷、热，用以协助运动员改善运动效率。  

以改善运动效率为例，未来穿戴式装置能监测出运动员的表现，并藉此控制和调整训练计划，甚至追踪运动员的比赛动作，解决比赛中的有关争议。若将全球卫星定位系统(GPS)技术与智慧织物结合，还能观察运动员所在的位置，在须要帮助时提供必要的救助服务。  

除运动与健身之外，穿戴式装置在医疗与照护、资讯和娱乐、专业与特殊等领域，亦将发展出更多创新应用，如头部配戴型的头部数据监控装置，用以寻找难以发现的头痛原因；或用于观光导览的智慧眼镜，提供即时翻译、景点查询、导览等功能；以及火场逃生时使用的红外线眼镜，具备夜视、出口导引、温度感测等功能。  

由于穿戴式装置的创新应用发展空间极大，配备的人机介面亦更趋多样化，如语音和手势结合、眼球与抬头结合等，让穿戴式装置的操作技术更加复杂，带动关键元件规格和效能进化。  

吴世彬指出，穿戴式装置须配备顺畅的人机介面和操作系统，此将大大考验系统开发商的设计能力，预期对于更高效能的关键元件需求大幅升温。  

提升人机介面效能　穿戴式大举导入MPU  

事实上，穿戴式装置品牌商除在产品中导入更多微机电系统(MEMS)感测器之外，亦计划于新一代产品线中配备彩色萤幕，及Android、Windows Embedded、Linux等作业系统(OS)，因此须搭载更高运算效能的微处理器(MPU)，以打造出更吸睛的人机介面功能，提高产品附加价值。  


图2 飞思卡尔市场行销暨业务发展经理刘聪雄认为，穿戴式装置为实现更酷炫的人机介面功能，导入微处理器已势不可当。
飞思卡尔(Freescale)市场行销暨业务发展经理刘聪雄(图2)表示，现阶段大多数穿戴式装置系配备黑白萤幕与即时作业系统(RTOS)，且为延长电池使用寿命，因此选用微控制器(MCU)做为主处理器；然下一代产品为提供更丰富的人机介面功能，将逐步改采彩色萤幕，并内建作业系统，微控制器的运算效能将捉襟见肘，因而须换搭微处理器。  

刘聪雄透露，目前已有不少智慧手表系统开发客户采用该公司的微处理器i.MX6设计新一代产品，将配备彩色萤幕和作业系统，以突显旗下产品的差异化。  

然穿戴式装置品牌商采用微处理器开发产品面临的尺寸、功耗及成本挑战，将较采用微控制器更高，也因此，飞思卡尔已于2013年第三季携手软硬体合作夥伴Revolution Robotics与Kynetics，发布采用i.MX6开发的穿戴式装置参考设计(Reference Design)，助力系统商克服开发难题，大幅缩短产品开发时程，以加速提高穿戴式终端装置客户群于2014年搭载微处理器的比例。  

刘聪雄指出，现今Android在作业系统市场独占鳌头，因此该公司发表的穿戴式装置参考设计系配备Android作业系统，未来将不排除再开发出内建Windows Embedded、Linux作业系统的参考设计。  

刘聪雄预期，随着微处理器在穿戴式装置市场渗透率扩大，更多处理器厂商将会积极抢进，而相较于后进者，该公司微处理器加入本身拥有的MEMS感测器技术，将可为客户省却外挂采用微控制器开发的感测器中枢(Sensor Hub)于印刷电路板(PCB)的体积和成本，成为最大的竞争优势。  

此外，飞思卡尔亦持续拓展微处理器i.MX6产品线，至今已发展出单核、双核及四核心的微处理器，以迎合不同客户群对于性能和节能的要求。  

不过，刘聪雄亦强调，由于穿戴式装置对于尺寸和耗电量要求较为严苛，选用微处理器开发穿戴式装置仍须持续突破缩减主机板外观尺寸(Form Factor)及延长电池使用寿命的桎梏，将成为处理器和穿戴式系统开发戮力解决的技术难题。  

除因应不同使用情境打造出酷炫的人机介面之外，品牌商亦须让终端消费者可长时间使用产品，吴世彬认为，穿戴式装置至少须可连续使用4小时，且待机时间长达24小时。  

也因此，如何延长电池使用寿命，亦将成为今后电源管理晶片(PMIC)商进军穿戴式装置市场的首要产品设计课题。  
让穿戴装置更省电　蓝牙Smart整合电源IC 
由于穿戴式装置须长时间配戴与联网，终端消费者对于节能的要求更为严苛，而蓝牙4.0因可兼顾省电、读取便利性特性，所以标准发布后，即成为穿戴式装置标准通讯功能配备(表1)。 


正因如此，晶片商为因应穿戴式装置轻薄短小的外观，及更长的电池使用寿命等设计要求，正竞相发布兼顾微型化及高电源转换效率的蓝牙Smart SoC方案，助力穿戴式装置品牌商开发更小尺寸和更低耗电量的产品，将带动蓝牙Smart整合电源管理晶片的系统单晶片(SoC)方案在穿戴式装置市场大行其道。 


图3 戴乐格事业发展总监Matthew Phillips指出，相较于其他无线通讯技术，蓝牙在功耗和传输距离均深具优势。
戴乐格(Dialog)事业发展总监Matthew Phillips(图3)表示，相较于无线区域网路(Wi-Fi)、近距离无线通讯(NFC)、ANT+等无线技术，蓝牙4.0标准中的Smart版本具备更低耗电量、支援钮扣式电池、更高传输速率等优势，因此已被视为未来穿戴式装置的主流无线技术。 

也因此，半导体厂商纷纷抢推更小体积且更节能的蓝牙Smart SoC方案，以迎合穿戴式产品开发商的需求。如英商剑桥无线半导体(CSR)继2012年发布CSR1010和CSR1011之后，近期再推出采用更小封装技术--四方平面无接脚(QFN)，所开发的新款蓝牙Smart SoC方案，体积仅有4毫米×4毫米；且可直接连接锂电池而毋需外部稳压器，可提供更长的电池使用寿命。 

英商剑桥无线半导体台湾分公司μEnergy应用资深应用工程师郭文山(图4)指出，行动装置和穿戴式装置品牌商对于尺寸和耗电量要求愈来愈严苛，因此蓝牙Smart SoC方案将成为大势所趋，而该公司未来也将全力主打此类方案。 


图4 英商剑桥无线半导体台湾分公司μEnergy应用资深应用工程师郭文山强调，受惠于作业系统支援，蓝牙将加速在穿戴式装置的普及。
至于戴乐格方面，亦于2013年5月发表首款蓝牙Smart SoC方案，能够让设计人员开发出电池寿命延长一倍的产品；此外，该产品系导入晶圆级尺寸封装(WL-CSP)技术，故尺寸仅有2.5毫米×2.5毫米。 

Phillips透露，看好蓝牙将在行动装置和穿戴式装置市场日益普及，该公司已计划于2014年第三季再发布新一代蓝牙Smart SoC方案，尺寸与耗电量将比前一代更进一步缩减，准备在穿戴式装置市场积极抢市。目前已有客户表达对新产品的兴趣，预计最快2014年底前即可见到终端产品问世。 

打造更智慧化UI　蓝牙走红穿戴式装置

蓝牙4.0标准中的Smart版本问世后，正加速延伸蓝牙应用版图至穿戴式装置，而在蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)于日前再发布蓝牙4.1标准后，将可望让不同穿戴式装置以更智慧化方式连结，提供终端消费者更友善使用体验的技术，并藉此实现更酷炫的人机介面。 

相较于前一代蓝牙标准，蓝牙4.1标准最大的优势在于能与长程演进计划(LTE)共存并相互沟通，以确保传输协调性，降低附近频段内干扰的可能性；此外，该技术还具备大量资料传输能力，可快速掌握感测器收集的大量资讯，并且可自动重启连线功能，提高使用便利性，最适合穿戴式装置等物联网(IoT)应用。 

除此之外，蓝牙4.1所具备的进阶加密标准(AES)功能，也可提供更安全性的连结，因此将有助蓝牙无线耳机应用扩张至政府、医疗及金融等对于安全性有更高要求的领域。 

近期，英商剑桥无线半导体已先后发布蓝牙4.1标准晶片方案与蓝牙Smart开发套件，有助于加快扩大蓝牙4.1和蓝牙Smart技术在穿戴式装置市场渗透率，并助力系统开发商加速设计出配备更酷炫人机介面功能及更安全的穿戴式装置。 

现阶段智慧眼镜常见的使用情境为在免持手机的状态下，使用即时视讯通话、扩增实境(AR)、资讯查询、路线指引/导航、拍照/录影等功能；智慧手表则是实现来电通知、讯息通知及控制音乐/相机等功能；智慧手环为监控睡眠状态，在最佳时间响起闹钟，以及运动健身纪录(如计步、距离、消耗热量等)。 

然在穿戴式装置更多的使用情境将朝扩增实境与中介实境(Mediated Reality)发展之下，具备低耗电量的蓝牙技术角色将更加举足轻重。吴世彬认为，穿戴式装置透过蓝牙低功耗技术，不仅将延长电池使用寿命，且能让穿戴式装置与现有的行动装置达到互通与整合的目的。 

若拆解穿戴式装置，主处理器、微机电系统(MEMS)感测器、环境光感测器、电源管理晶片、通讯晶片等内部关键元件与行动装置相同度高达80%以上，换言之，品牌商可利用现有的晶片方案开发穿戴式装置，惟穿戴式装置对于关键元件的规格和性能要求与行动装置不尽相同。 

特别是穿戴式装置人机介面更蓬勃发展后，将加速主处理器从微控制器转换为微处理器的态势更趋明显；蓝牙Smart整合电源管理晶片电源管理晶片的SoC亦将遍地开花；蓝牙Smart和蓝牙4.1将会全面渗透穿戴式装置，以助力实现更友善的人机介面，同时延长终端消费者操作人机介面的时间。 

此外，其他关键元件的规格和效能亦将大跃进，以迎合穿戴式装置不断进化的趋势，协助系统商设计出更吸睛的终端产品。