MCU厂商发力可穿戴，将低功耗进行到底

    2013年可谓是智能穿戴元年，各行各业都将其视为智能手机之后的下一波热点。各大研究机构也纷纷画饼，其中英国IMS Research就预测到2016年穿戴式产品市场规模达到60亿美金。ABI Research则预测2018年全球穿戴式智能设备的出货量可达到5亿台，年复合增速达到50%以上。
不过在穿戴设备的发展过程中，也面临产品定义不够明确、产业链及生态环境不够健全、刚性需求缺失等多重困境。为了满足不断增长的穿戴市场，各大半导体厂商纷纷推出或准备推出多种高性能以及低功耗的MCU、MEMS以及周边产品。在12月20日深圳举行的一场穿戴式电子设备应用与技术论坛上，就吸引了包括意法半导体、土曼、北高智、Bluetooth SIG在内的可穿戴领域上下游厂商来共同讨论目前该行业的发展现状及未来发展趋势。

智能手表的两种发展方向



北高智科技产品经理尚高明在详细介绍了智能手表发展历史之后，也提到了目前智能手表主要的两种发展方向：

其中第一种是采用MTK等手机AP来实现的方案。这种方案一般采用较高主频的主控平台，比如三星的Galaxy Gear。同时其产品定位也是拥有通信模块，可独立于手机之外运行。一般这种产品采用Android系统，可实现拨号通话、短信息收发查询、邮件收发查看等功能，同时支持APP的安装于卸载。由于采用较高主频，因此待机时间一般在1~3天之内。目前深圳有许多之前从事手机方案的公司在做类似的项目，但是支持这种产品的AP厂商还比较少，所以大多智能采用手机平台来做。




另一种产品则采用低功耗的MCU（微控制器）来实现。目前包括意法半导体、德州仪器、Silicon Lab在内的半导体厂商都提供相对应的产品及解决方案。其产品定位主要是智能手机的配件，拥有差异化的功能。其功能实现比较简单，同时采用嵌入式小内核的RTOS实时操作系统。尚高明表示，北高智目前主要倾向于MCU的解决方案，其EFM32方案采用Silicon Lab基于Cortex-M系列的产品，主频可做到48Mhz，加上超低功耗的RTOS系统（RTX、FreeRTOS、μC/OS-Ⅱ/-Ⅲ），待机功耗可以小于1μA，运行功耗可做到220Μa/MHz。产品待机时间可以做到10天以上。


北高智科技产品经理尚高明

他同时认为，未来穿戴式设备只有颠覆者才有可能成功。其产品的重点在于待机时间而非性能。未来可穿戴设备一定是将科技与时尚相结合（说人话就是外观要做得更漂亮精致）；同时要做到跨领域技术的融合（说人话就是要将各种硬件数据接口、各种移动互联网应用、云服务、Sensor技术整合起来，让消费者的体验得到提升）。


EFM32解决方案，支持pin to pin兼容，支持QFN、BGA112、BGA120

主流低功耗显示屏介绍

对于目前的穿戴设备来说，主控、屏幕、蓝牙基本上是构成整个硬件方案最重要的三大件。尚高明表示，北高智作为元器件代理商，目前除了提供EFM32解决方案之外，同时也代理多种针对穿戴式产品的低功耗显示屏幕。



目前常用的低功耗显示屏除了常用的TFT（ipod nano屏）之外，还有夏普最近推出的Memory LCD。这种屏幕上的像素点被设计成可存储电荷的电容体，当液晶像素显示后，仅需要极低的待机电流，在不刷新时几乎不需要功耗。特性类似于可存储的记忆体。屏幕的显示成像是采用发射式原理。这种屏幕有点类似于E-ink屏，由于本身没有光源，需要外加背光，但是只有黑白两色，没有灰阶。其优点在于静态功耗极低，仅5μA，动态刷新在16μA，而TFT屏功耗普遍在mA级别。




E-ink屏也是比较常用的低功耗屏，土曼用的就是E-ink屏。因为仅在显示屏像素刷新时耗电，在断电后具有现实保存能力，同样可实现朝地公安侯。其产品特点在于可弯曲性，可以满足ID设计上的多重需求。不过缺点在于刷新速率较慢（200ms），在需要实现一些较炫的界面时体验不是很好。同时其成本也偏高，1.77寸的价格目前在20美金左右。



Mirasol屏是高通推出的一种低功耗显示技术。模仿蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的成色原理，借助阳光反射让显示屏保持清晰。由于其屏幕只在像素颜色改变时才需要消耗电力，因此功耗极低，尤为适合需要长时间显示固定的电子设备。Mirasol屏与E-ink屏一样也需要加背光，但是Mirasol可以实现一些彩色的效果。尚高明也坦言，目前不容易拿到这款屏，具体体验有待产品量产后会比较了解。

以上这几种屏是北高智目前主要代理的几种低功耗屏，根据笔者得到的路边社小道消息，苹果的iwatch将会采用OLED屏，尺寸在1.75~1.8寸之间，其待机可以做到一周充一次电。


意法半导体高级市场工程师任远


ST针对不同产品定位的MCU

相比北高智，意法半导体高级市场工程师任远则重点介绍了ST的STM32 MCU平台，以及如何通过这款平台提供的软硬件解决方案。


据介绍，目前ST针对穿戴设备的STM32 MCU分为四类，其中L0、L1功耗较低，而F429F401功耗较高。



不同功耗主要是由不同的产品定位决定的。其中L0和L1主要定位于智能腕带，其优势是采用低功耗RAM，数据保持仅需要1.5/0.8μA工作电流。F401则定位于高端智能腕带、运动手表等，其主频在84MHZ，采用的是业界最小封装3×3mm WLCSP，其优势在于实现功耗性能的最佳平衡。



任远同时表示，其实现在每家提供的MCU性能都差不多，ST除了提供硬件之外，还提供相关的算法。比如睡眠质量检测，运动检测，自由落体、行走、跑动等，每一家算法都不同。他同时重点介绍了ST的室内导航算法，这也是目前非常前言的一项技术。其使用场景主要是在一些室内或隧道等GPS搜索不到的地方进行导航。目前业界对于室内导航的普遍实现方式要增加WIFI或蓝牙模块，而这个算法仅使用自带的加速度计和陀螺仪就可以实现。



F429定位于高端智能手表，使用Chrom-ART Accelerator技术，比单独使用MCU性能提高两倍，其优势是内置TFT LCD控制器以及SDRAM控制器。



最后，他表示，未来随着穿戴式设备搭载的MEMS传感器数量越来越多，还需要用一个Hub（协处理器芯片）来控制所有的传感器，再交给AP运算，也就是Sensor Hub技术。目前Android4.4系统已经支持该技术，而MCU则可用来充当这个Hub功能，