穿戴装置传感器迈向高整合

时间：2015-09-10 15:21:45 来源：2015年09月10日 09:26 中 阅读量：162

　　
   【中国化工仪器网 技术前沿】为实现更智慧的应用功能，穿戴式装置内建的感测元件种类将愈来愈多；有鉴于此，半导体厂已开始利用更先进的微机电系统(MEMS)制程与封装技术，打造多功能、高整合、小尺寸且低功耗的感测器方案，满足装置开发商的设计需求。
　　
　　市场研究机构Forrester Research最近一项调查显示，36%欧洲消费者对腕带式可穿戴感测器设备非常感兴趣。而调查机构IHS Technology一项市场调查预测，未来6年可穿戴设备年复合成长率(CAGR)将达到18%，2019年将接近1.35亿部。此外，2014CiscoVNI关于移动资料流量报告估计，2018年接入互联网的可穿戴设备将达到1.77亿部。各种市场指标显示，消费者已经准备好拥抱腕带式可穿戴设备与物联网(IoT)融合。
　　
　　全球有八千万高尔夫球(Golf)爱好者，由于市场潜力巨大，消费者遍布全球，并且高尔夫爱好者是腕带式可穿戴设备忠实使用者，所以高尔夫运动为预测可穿戴技术趋势提供一个很好研究案例。如图2所示，GPS高尔夫手表的风靡流行，证明高尔夫爱好者热衷于可穿戴装置。
　　
　　高尔夫运动要求分析很多感测输入，使得类比感测器整合成为GPS高尔夫手表的一项重要趋势。感测器可为高尔夫球员提供环境条件和挥杆资讯，有助于获得更高得分。环境条件影响球的飞行、击球精准度和距离控制，相关环境参数包括环境温度、风向、风速、海拔、标高及距离等。利用挥杆节奏、时间和力量参数，可改进挥杆技巧。利用微机电系统(MEMS)惯性感测器，通过处理多自由度，可以获得挥杆参数。此外，感测器对于监测高尔夫球员的身体状况非常有用。
　　
　　玩一局十八洞高尔夫相当于跑3.5英里，消耗2,000卡路里，对于狂热步行者而言，力量和耐力是得高分要点。所以关于身体在自然条件和生理条件下的感官资讯是重要的可穿戴特性，重要的生理参数是心率、体温以及身体含水量。基于使用反射式光感测器光电容积脉搏波法，连续监测心率，能够提醒高尔夫球员疲劳状态或用力过大。
　　
　　GPS运动手表未来主要技术趋势为生理感测器阵列整合、环境感测器阵列整合、电源管理整合，以及云端连接整合。表1中汇总IoT可穿戴运动设备技术趋势、产品特性及使用者利益。值得注意的是感测器高密度整合趋势。
　　
　　可穿戴运动设备的高密度感测器整合趋势要求类比半导体方案，真实捕获和解析现实世界类比讯号，例如温度、光、心率、运动及方位。此外，消费者希望电池能够保证最长工作时间。GPS高尔夫手表必须工作在极低功耗下，并带有高精度电池管理，确保在运动模式下可工作10小时以上，在手表模式下可工作30周以上。
　　
　　随着可穿戴设备更加紧凑、重量越来越轻及越来越舒适，将需要电源高效率和高度整合类比半导体方案，尽可能占用最小的面积。目前晶片商正解决下一代类比整合要求，使消费者能透过可穿戴IoT创新装置提高其比赛水准。