无线充电/定位/传感器助阵 穿戴装置功能更贴心

穿戴式装置市场热度狂飙。在物联网领域中，穿戴式装置与个人行动装置导入无线充电技术与日俱增，包含在汽车业、智慧建筑、智慧医疗等领域皆可看到无线充电的足迹。  
无线充电持续热烧　MI/MR技术大比拚　  

无线充电大举渗透不同应用领域。以穿戴式产品来说，今年将会是智慧手表、智慧手环、智慧眼镜等应用率先导入无线充电。其中，磁感应(MI)与磁共振(MR)是实现无线充电的两大技术类型，各自拥有不同的技术特性与优势；不过，MR技术的发展前景备受看好。　  


图1　安森美半导体SEC技术经理高东良表示，MR较MI具备更多技术上的优势，将成为未来无线充电市场的主流技术。
安森美半导体(ON Semiconductor)SEC技术经理高东良(图1)表示，未来MR将是能普及于广大市场的技术。MR是透过磁共振的方式，使用高频率的磁共振能量传导技术，因此可拉长电力接收器(PRU)与电力发射单元(PTU)之间的距离，不同于MI是透过低频的磁传导技术，装置中的两个线圈距离需越近越好，以提升磁能量转换效率。  

高东良指出，MR技术具备几项优势，首先，采用MR可将PTU完美隐藏至桌子底下或生活不同的应用之中，该技术仅需在内嵌PTU应用的产品表面，标志可充电位置即可开始供电，一方面可免除遗失的问题，二方面可为生活环境带来更便利性与美观。  

除此之外，高东良谈到，MR是透过低功耗蓝牙(BLE)作为PRU和PTU之间沟通的桥梁，透过BLE的沟通，可分辨手机、平板、穿戴式装置等不同载具的电量需求，对症下药进行配电，以避免充电瓦数过高，而导致装置烧毁的问题，提升高效率充电应用；以BLE为通讯基础，MR最高可同时支援1∼5个不同装置的电力传输，满足消费者同时传输不同载具的需求，更为消费者接受。  

整体而言，无线充电的MI技术发展已有十年之久，却一直无法普及其主要原因在于该技术的众多限制，包含只能一对一传输电力、充电过程产生过热问题以及无法避免金属元件造成的干扰等挑战。相较之下，MR克服了MI所延伸的问题，采用MR的产品可有比较大的气隙(Air Gap)空间，被充电的装置毋须担心物品摆放位置或角度即可充电，但因需要蓝牙技术支援，导致成本会高一些。  

就此而言，高东良透露，现阶段MR的无线充电技术导入装置端，通常都会采用两颗蓝牙晶片，其中一颗蓝牙晶片以语音传输和资料传输为主，另外一颗则是专用于MR通讯使用；不过，蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)已将A4WP充电档案资料(Profiles)纳入BLE晶片标准，未来仅需一颗支援A4WP通讯协议的BLE晶片，即可实现MR无线充电传输的功能，且成本也可下降。  

值得一提的是，高东良强调，目前无线充电产业的上、中、下游厂商皆积极布局无线充电领域，包含半导体厂、零组件厂和装置系统商都有相对应的解决方案，此现象将促进该产业更为成熟。  

穿戴装置商机满载　定位/连接整合方案抢手  

穿戴式装置应用百花齐放。根据Gartner分析，2016年穿戴式电子装置出货量将达2亿7500 万台，平均营收上看287亿美元，其中，高达115亿是来自于智慧手表的贡献。  


图2　u-blox商业开发经理廖容嫺指出，具备市场优势的定位系统，须同时兼顾低功耗、高精准度与尺寸小的产品。
u-blox商业开发经理廖容嫺(图2)表示，穿戴式市场正快速的成长，目前主要成长来自于智慧型手表与智慧型手环；另外，包含运动健身器材、头戴式与智慧型服饰(Smart Garment)皆为热门且具潜力的应用市场。  

廖容嫺认为，穿戴式装置无论设计或采买，一定是人或宠物作为考量的出发点。举例来说，受2015年上映的两部与儿童安全相关的电影影响，勾起中国市场对于儿童安全议题的关注，推动儿童定位手表市场方兴日盛，创造近1000亿人民币的销售金额。  

整体而言，穿戴式产品“百百款”，但皆具备基本共通的特性。廖容嫺指出，以技术角度来看，感测、定位系统、短距/长距离连接与小型化装置等功能，是设计穿戴式装置不可或缺的基本要素，倘若能加强定位、感测元件的效能，即可将产品价值发挥到最大化。  

穿戴式装置是支援日常生活的精巧可携式装置，透过结合无线通讯连接和定位功能，可提供即时的服务。穿戴式装置中的低功耗技术可延长电池使用寿命，而优异的无线电功能可实现绝佳的使用者体验。这类需要高整合技术产品的市场正快速成长，因此价格也将很快地变得更有竞争力。 以定位模组来说，廖容嫺指出，应用于穿戴式装置的卫星定位模组，最大挑战在于如何降低功耗提高电源管理的能力以实现节电的需求，同时提升定位精准度并且设计出尺寸轻巧的产品；换言之，产品必须同时兼顾效能与精准度，在计算距离与速率的过程，必须提供正确的数据资料。  

廖容嫺分析，2017年至2018年卫星定位模组主要市场将会锁定智慧/基础健身(Smart/Basic Sports&Fitness)、动作摄影机(Action Cameras)与人体追踪(People Tracking)等应用领域，不过受限于这类型的穿戴装置要求高整合度，因此技术的演进与成长动能较为缓慢。  

现阶段，该公司已与韩国软体开发商KIWI PLUS合作研发新款儿童智慧型手表，该手表建基于Android系统，配备着简单的液晶萤幕设计，只需碰触一下即可通话，还能提供即时且准确的位置追踪与简单的安全范围设定。  

感测器首重低功耗/小包装/高整合  
科技的创造往往是为了满足人类追求便利生活的渴望，在这之间，则会产生一些替代性产品协助人类执行工作，或因应不同应用的工作需求。例如，为了提高运动品质，在衣物上加装户外紫外线(UV)感测器、计步器、加速度计(Accelerometer)等元件，协助使用者更有效率完成运动。  


图3　意法半导体类比、微机电与感测元件应用经理陈建成认为，感测器朝向低功耗发展，其主要原因来自于Google提出的Always On概念。
意法半导体(ST)类比、微机电与感测元件应用经理陈建成(图3)表示，微机电系统(MEMS)与感测器的发展趋势，已朝向低功耗、小包装和高整合感测器发展。  

以应用层面来看，分为压力计(Pressure Sensor)、UV感测器和光学防手震(OIS)陀螺仪(Gyroscope)等。在OIS陀螺仪领域，以ST这两年的观察，现今已有许多高阶手机采用OIS陀螺仪，如三星(Samsung)S7 Edge。  

陈建成进一步指出，大多数的厂商，都希望可以整合不同的感测器，使硬体设计上的空间较为弹性，因此开始有六轴、九轴的智慧型感测器模组大举问世。此外，由应用单纯的运动(Motion) MEMS销售量日益攀升，可观察出MEMS感测器对于省电、优异的效能、包装小需求显然已是大势所趋，不仅如此，感测器也有越来越便宜的趋势。  

陈建成认为，Google是促成智慧装置中的感测器必须省电的始作俑者。其原因在于，Google提出一个称之为Always On的概念，意指当装置中的应用处理器休眠时，感测器元件必须持续不停地工作，例如当使用者在走路过程中，依旧执行计步器的功能。  

时至今日，陈建成谈到，该公司在感测器这块领域累积长久的经验，目前亦有许多不同的合作厂商，包含宏达电、苹果(Apple)、Alta和微软(Microsoft)等，该公司提供不同的压力感测器、Motion MEMS、陀螺仪、UV Sensor甚至是整合加速度计与陀螺仪的感测器，分别套用于头戴式虚拟实境(VR)装置与智慧手环市场。  

穿戴式科技产品争奇斗艳，举凡一般智慧手环到监测生理资讯的电子装置，甚至近期抢走所有镁光灯焦点的VR眼镜前仆后继陆续问市，然而，这些酷炫的科技新品背后衍生的安全风险，却不得不重视。  

搞懂穿戴安全认证　产品设计有保障  

穿戴式设备应用技术多元复杂，并密切贴近人体，使得安全风险疑虑备受关注，如触电、灼伤、听力损害、化学反应或电源爆炸等。诸如此类的安全问题皆是开发商在制造阶段与消费者使用穿戴式装置时必须小心的部分。  


图4　UL消费性事业电子科技产业部工程部专案经理柯得荣表示，穿戴式装置所带来的危害，包含资料、能源、环境等不同面向。
UL消费性事业电子科技产业部工程部专案经理柯得荣(图4)表示，穿戴式装置的使用者容易出现个人资料外流、泄漏隐私与身体安全危害的隐忧。举例来说，有些具备照相功能的穿戴装置，会随时随地拍摄不同的人、事、物，在此情况下，极有可能在不知情的状况下，被持有照相功能的使用者撷取隐私的疑虑。  

此外，为了有效提升医疗救护的效能，有些病患身上会植入医疗器材于身体之中，透过远端控制的方式，控制病患身体状况，这将有助于医疗救治。反之，这种远端控制涉及无线技术，亦有可能受骇客入侵，若骇客居心不良，极有可能使病患身体产生不适。  

值得一提的是，柯得荣强调，VR装置为世界带来相当大的娱乐，但VR装置会不会导致一些心理层的伤害问题值得省思，因为这种伤害难以定义，但并非不可能出现。  

另一方面，柯得荣指出，若要将认证标准导入穿戴式产品，首先必须了解锁定的目标国家市场，清楚目标中的国家是否有特殊宣告，从而选择认证方向。他谈到，目前穿戴式装置尚未有一套标准的认证规范，因此该装置基本类型的认证难度不高，与大部分手机和笔电认证相差不远；但由于穿戴式装置涉及不同领域的应用，故标准认证协会建议开发商，可针对相关产品另行做不同测试。