作者：Lynnette Reese，貿澤電子

購買幾個月后，昨天的可穿戴設備很可能就放在一個布滿灰塵的抽屜里。然而，新芯片 承諾增強的連接性和引人注目的應用，確保最新一代產品保持運行 手腕。

關于可穿戴設備行業的報告帶來了喜憂參半的信息。一方面，分析師認為其市場活躍 具有巨大潛力的嬰兒期，而其他批評者則表示，可穿戴設備是一種尋求 問題。例如，據《華爾街日報》報道，可穿戴設備將出貨約111.1億臺 今年，僅美國人在40年就穿了近2015萬套。不利的一面是，分析師 Endeavour Partners表示，可穿戴設備的購買者“隨后以比其他設備更高的價格放棄了它們 主流消費產品。該公司繼續報告說，35%的美國消費者停止使用 他們的可穿戴設備在六個月內。此外，在擁有某種形式的活動的十分之一的美國成年人中 跟蹤器，其中一半不再使用它。

似乎，雖然計算步數和測量睡眠質量對于想要下車的人來說可能是動力 沙發上再合適一點，如果不分析數據并用于制作，新奇感很快就會消失 關于用戶達到一定程度的適應性后如何前進的建議?！豆s》面臨的主要挑戰 制造商認為可穿戴技術是一個新興領域，仍在尋找“殺手級應用” 這將使這些設備成為“必備”配件，而不是新奇事物。

我們以前來過這里。早期的 MP3 播放器顯然比便攜式 CD 播放器等產品更具優勢 他們與之競爭。用戶可以慢跑，而玩家不會跳過初學者。然而，早期的設備 沒有流行起來，因為加載音樂既困難又慢，而且內存容量小，限制了 軌道。許多 Rio MP3 播放器與今天的可穿戴設備一樣，被扔到滿是灰塵的抽屜底部。MP3的 當蘋果公司為iPod提供具有重要記憶和集成系統的iPod時，玩家終于實現了真正的承諾 （iTunes），允許有組織、輕松、快速地下載歌曲?，F在，集成已達到合乎邏輯的程度 結論是 MP3 播放器本身已與智能手機合并。

目前在商業上取得成功的可穿戴產品細分為具有功能性的健身手環 僅限于跟蹤活動和監測睡眠等功能，而智能手表等設備可以做到這一點 健身手環提供但增加了智能手機的許多功能，例如發短信和通知以及 支持多個內置應用程序。兩者之間的比例大約是 50/50。

然而，所有可穿戴設備都具有共同的智能手機連接性，這幾乎完全由 節儉的藍牙無線連接形式。這種連接性允許智能手機分析 可穿戴設備的數據，并使用應用程序呈現信息。智能手機還可以作為通往 Internet，將用戶的數據上傳到云服務以進行進一步的切片和切塊。之間的分界線 智能手表和健身手環這兩款設備正變得越來越模糊，因為健身手環越來越大 計算能力和智能手表的電池容量縮小并運行更長時間。

此外，市場領導者Fitbit等可穿戴設備制造商并沒有坐等殺手級應用 不知從何而來。該公司打算改進其產品，以提高其功能的“粘性” 例如持續的心率監測和“引導式呼吸課程”，聲稱如果他們的 心率變得有點不穩定。Fitbit和其他公司也在探索可穿戴設備如何幫助患者 慢性疾病，如2型糖尿病。無論引導式呼吸課程的實際優點如何，例如 事態發展表明，可穿戴設備正在開始取得進步，這可能會反映出所取得的進步 3 年代中期的 MP90 播放器從幾乎不使用的新奇事物到當今單片閃亮黑色不可或缺的一部分 平板是全能的 Apple iPhone 和三星 Galaxy。這種發展很大程度上將受到以下因素的推動 新一代芯片，結合了強大而高效的嵌入式處理器和可互操作的無線技術 連接性、大量閃存和 RAM、更復雜的算法和復雜的射頻協議（“堆?！保┤谌肫渲?微小的硅片。

可穿戴設備的核心

可穿戴設備市場應該非常感謝藍牙特別興趣小組的 早在 2007 年，諾基亞的 Wibree 聯盟就已并入其組織。諾基亞的愿景是 手機將成為無線連接“外圍設備”的個人局域網（PAN）的中心。（公司 不過，目前還不完全清楚這些外圍設備會做什么——從無線連接的運動中脫穎而出 那個時代的手表，它確實認識到心率監測器等無線傳感器可能會提供 先例。藍牙無線技術已經進入了手機領域，但太過 貪婪地嵌入到這些外圍設備中。因此，諾基亞及其聯盟合作伙伴開始致力于 “超低功耗”無線技術，可以使用小型電池運行，同時將外圍設備與 移動。??

諾基亞愿景的缺點是，除了它自己之外，手機制造商還沒有被出售 除了 GSM、Wi-Fi 和藍牙之外，他們手機中的另一個無線電芯片。這 Bluetooth SIG 發現了一個機會，通過在諾基亞與 一種可與標準藍牙互操作的技術形式，從而使其成為既定藍牙的一部分 國際標準，并消除了手機中對額外芯片的需求。因此，在相當大的 在幕后工程努力下，藍牙 4.0 誕生于 2010 年。低功耗藍牙（通常，但不是正式縮寫為“BLE”）——該技術的超低功耗形式——形成了 規范的重要組成部分。????

低功耗藍牙 （BLE） 支持有用的 34 兆位原始數據帶寬，但可以通過 像紐扣電池一樣小的電池。更好的是，移動操作系統供應商，如 Apple、Android 和 Microsoft 通過提供應用程序編程來鼓勵 BLE 設備連接 接口 （API），使應用程序開發人員的生活更輕松一些。是的 BLE組件的銷量猛增也就不足為奇了。例如，分析師 ABI Research， 報告稱，該技術在2016年至2021年間將實現1%的復合年增長率（CAGR）。 35 年出貨量將達到驚人的 <>.<> 億。?

然而，就其本身而言，BLE只是一種無線連接技術——盡管令人印象深刻。它結合了 物理層包括一個2.4GHz硅無線電和一個固件堆棧，用于管理通信。早期芯片 需要一個單獨的低功耗微處理器，如德州儀器 （TI） 的 MSP432 來監控操作 射頻收發器。開始工作有點復雜和繁瑣，更多的是黑色藝術而不是工程。 隨著挪威公司 Nordic Semiconductor 的 nRF51 系列 BLE 的推出，一切都發生了變化 2012 年的片上系統 （SoC）。SoC 是第一個集成 ARM Cortex 的 SoC??-M0 處理器，以及高鏈路預算的 2.4GHz 無線電，以及相當數量的 閃存和RAM、電源管理、ADC和DAC，以及少量I/O。這樣的設計允許可穿戴 開發人員通過使用 ARM 設備來運行兩個應用程序，從而避免使用雙芯片無線解決方案。 以及無線連接。

雙芯片解決方案不適合空間和功率受限的可穿戴設備，因為此類設計需要 處理器同時運行應用程序代碼和無線連接（一種專用功能，其中 通用處理器并不理想）。此外，開發人員被迫與兩個相互排斥的 開發環境，然后希望應用程序代碼和 BLE 堆棧很好地協同工作（ 不經常發生）。這是一項挑戰，是 Suunto 等運動腕表制造商的射頻專家無法比擬的。 Garmin，但對于在一家可穿戴設備初創公司工作的工程師來說，這是一個“大要求”。而且沒有混入 與雙芯片解決方案相比，存在額外的復雜性、更大的 PCB 空間和更高的功耗問題 介紹。

ARM 核心 BLE SoC 的推出是我們今天所知的可穿戴設備領域的真正催化劑。這 選擇 ARM 并非偶然;這些處理器從一開始就專為低功耗、移動而設計 應用程序及其在世界范圍內的普及確保了良好的支持、熟悉的開發環境 廣泛的開源代碼庫。在另一個聰明的舉動中，Nordic引入了一個開發環境， 使可穿戴設備開發人員能夠專注于他們的應用程序代碼，而無需擔心軟件 與 BLE 堆棧集成。這部分工作由工廠的工具完成，而且相當多 緩解了射頻工程的復雜性，使可穿戴設備設計人員能夠專注于產品差異化。

Nordic 緊隨其后的是 Broadcom、現在的 Cypress Semiconductor、Dialog Semiconductor、NXP 和 STMicroelectronics，它們都推出了類似的產品 ARM 皮層??-M0 或 -M3 供電的 BLE SoC，具有 2.4GHz 無線電、閃存和 RAM 以及 單芯片上的外設。

圖 2：Cypress Semiconductors BCM20732S框圖 來自多家半導體供應商的當前高度集成的 BLE SOC 之一。這些 SoC 集成了 ARM 處理器、2.4GHz 無線電、閃存和 RAM、電源管理、ADC 和 DAC 以及 I/O 集成在單個芯片上 片。（來源：賽普拉斯半導體）

目前，Nordic Semiconductor通過推出又搶走了另一個領先優勢 52 年的 nRF2015 系列。該設備具有偶數 更強大的處理器，ARM? Cortex-M4F?，以及更靈敏的2.4GHz無線電和增加的閃存 和RAM內存。該公司表示，SoC是“一種單芯片解決方案，旨在應對最 復雜的BLE應用。更重要的是，盡管功能有所增加，但芯片消耗的功率約為一半 的 nRF51 系列，延長最終產品的電池壽命。

然而，這僅僅是個開始。智能手機連接鞏固了 BLE 作為可穿戴設備首屈一指的無線技術的地位，市場 據分析師CCS稱，預計到245年將擴大到每年25.2019億臺，價值<>億美元 見解。這是一個很大的餡餅，其他芯片供應商會想要從中分一杯羹。期待看到這些供應商 通過引入 ARM Cortex 來響應 Nordic 的推出??采用 M4 技術的 BLE SoC 很快，開發更強大的產品將加速。

發展和多元化

借助最新一代的藍牙智能 SoC，OEM 一直在努力增強 可穿戴設備的體驗是沿著以前運動手表所走過的道路——昂貴的 擁有 GPS 的設備，深受熱衷的業余和專業運動員的喜愛。運動手表旨在 將速度、心率和功率數據轉化為有助于提高性能的指南。然而，鑒于 Garmin、Suunto 或 Polar 的設備幾乎不苗條，幾乎每天都需要充電，大眾市場健身 可穿戴設備必須不顯眼，并且可以在不求助于充電器的情況下運行一周或更長時間。?

例如，Fitbit 最近推出的 Charge 2 說明了該公司如何測量心率 來自設備內置監視器的數據并處理信息以提供更精確的卡路里消耗 計算，有氧適能如何隨時間變化（以及用戶的適能與人相比如何 相似的年齡），并在壓力水平上升時通知那些引導式呼吸課程。雖然 Fitbit 是 不打算透露其產品設計的秘密，一個有根據的猜測會表明，許多 支持這種額外分析的算法在設備核心的 BLE SoC 處理器上運行。

該公司及其競爭對手也在向更廣泛的受眾推廣他們的產品，包括患有 慢性疾病，如糖尿病。目前的可穿戴設備無法直接測量血液 葡萄糖是衡量糖尿病健康的關鍵指標，目前很難追蹤 使用非侵入式傳感器可靠，但手環可以幫助激勵糖尿病患者鍛煉。日常 運動有助于降低高水平的血糖，并減輕長期健康影響。 心血管疾病等疾病。例如，研究人員發現，每天僅減少 1,400 步 與糖尿病相關的死亡人數減少了21%。

BLE SoC 驅動的可穿戴設備目前正在引入包括心率變異性在內的附加功能 和肌肉氧水平。心跳間隔時間的變化是心臟的重要指標 健康。心率相同的兩個人可能患有截然不同的潛在心臟病。在 健康的人，低變異性是過度訓練的好兆頭，可穿戴設備可以使用它來建議 用戶稍微推遲運行計劃。對于那些做過心臟手術的人來說，低變異性可能是 根據英國人 Isansys Lifecare 的說法，恢復不良或可能即將心臟病發作的指標 醫療保健公司。肌肉氧表示使用氧氣的血液中有多少氧氣（與 例如，在手指上進行的傳統測量，其中氧氣的飽和度可能要高得多）。 肌肉氧也是跑步者離疲憊有多近的一個很好的指標?？偛课挥诿绹?Moxy 公司是 該技術的先驅之一。

然而，出去鍛煉和改善健康，雖然對每個人都有好處，但還不夠 本身為大多數人投資可穿戴設備;原始設備制造商認為，總體上過著“更滿足”的生活 可能具有更廣泛的吸引力。因此，以“主動生活方式管理”為目標的BLE驅動的可穿戴設備 開始出現在市場上。此類產品越來越模糊醫療和 生活方式可穿戴設備，以至于美國食品和藥物管理局 （FDA） 定義了一種新的 對他們來說，“一般健康設備”的類別。這一類別的典型參賽者是Vinaya，其健康 可穿戴設備ZENTA將于2017年春季推出。

該設備配備了加速度計、麥克風、生物識別傳感器和觸覺引擎，可收集 來自用戶的噪音、運動和生物信號，包括心率、心率變異性、呼吸 模式、皮膚電活動 （EDA）、皮膚溫度、脈搏傳輸時間、脈搏波速度和血液 血氧飽和度。ZENTA將信號與學習算法相結合，以建立用戶幫助的檔案 他們“過著更平衡的生活”。Vinaya對ZENTA的主張是否經得起科學審查，是為了 其他人有待商榷，但它確實很好地展示了 ZENTA 核心的北歐 nRF52832 BLE SoC 如何應對 通過來自多個傳感器的連續輸入，處理復雜的算法，并與 智能手機。

圖3：Vinaya的ZENTA可穿戴設備是新一代設備的典型代表 將多個傳感器與復雜的算法相結合，為用戶提供更大的產品價值。 （圖片由Nordic提供 半導體）

可穿戴設備也將在消費領域之外擁有廣闊的未來。一個例子來自美國自動化和控制公司霍尼韋爾?；裟犴f爾與 芯片制造商德州儀器（Texas Instruments）將開發消防員監控系統。BLE SoC 消防員攜帶的電動可穿戴設備監測心率、呼吸、運動和手勢等信息。 然后，可穿戴設備將信息發送到移動設備（類似于智能手機，但更堅固，功能更強大 作者英特爾 Quark??硒 微控制器），通過 Wi-Fi 或蜂窩網絡將數據轉發到云端。結合的想法 來自各種傳感器的信號是，與一個信號（例如心率）不同，信號組合給出 更清楚地了解消防員是否處于遇險狀態。

圖 4：霍尼韋爾和 TI 正在合作將可穿戴設備擴展到 消費領域。在這種情況下，兩家公司開發了一個移動中心來整理可穿戴數據和 將其轉發到云。（來源：英特爾）

整合是關鍵

第一代可穿戴設備就像第一代手機一樣——在它們的利基市場很有用，但 限制超出了它。然而，隨著 BLE SoC、電池、固件和支持平臺的改進，也得到了改進 產品。

然而，情況仍然如此，除非用戶正在為鐵人三項進行訓練，即使是最復雜的 產品可能沒有足夠的吸引力，無法佩戴多年。盡管如此，如果可穿戴設備至少證明其 通過從監控數據中提供有用的分析和指導，使用戶開始欣賞 產品類別不僅僅是一個新奇事物——明年的產品將提供足夠的價值來鼓勵進一步 購買。據《福布斯》報道，超過 50% 的美國 iPhone 用戶會在 他們的提供商允許，即使當前的手機完全可以維修;為什么可穿戴設備行業應該 有什么不同嗎？

然而，從長遠來看，可穿戴設備成功的真正關鍵可能是集成。發短信， 上網 連接性、MP3 播放器和攝像頭——更不用說與外圍設備的藍牙無線鏈接——已經增加了 手機的基本功能使當今的智能手機變得不可或缺。同理，健身追蹤， 壓力管理、協助緩解慢性疾病、工作效率和安全工具（以及 可能更多）可以共同使可穿戴設備成為重要的消費產品。也就是說，對于未來 可穿戴設備正變得越來越難以預測。據分析師Endeavour Partners稱，大部分 創新來自技術與人體生理學和生物學之間的界面。奮進伙伴 說這是一個很少有人了解的領域，而且在 大眾市場規模。

然而，無論可穿戴設備開發人員最終想出什么商業應用，芯片供應商都會 努力擁有能夠應對計算和通信資源的 BLE SoC 他們要求。

審核編輯 黃宇