可穿戴設(shè)備使我們能夠以前所未有的方式改善生活的方方面面，如工作效率、健康和生活方式。它們能跟蹤我們自身狀況和周圍環(huán)境，并提供相關(guān)信息，以激發(fā)我們上進(jìn)心或鼓勵我們做出更好的選擇。而且，它們還可以協(xié)助實現(xiàn)個人連接，將“數(shù)字自我”連接到互聯(lián)網(wǎng)。這使我們能夠與朋友或遠(yuǎn)程診斷專家共享信息，無論是為了好玩、征求意見和建議，還是現(xiàn)場醫(yī)學(xué)診斷。

　　因此，可穿戴設(shè)備市場的快速發(fā)展并不令人驚訝。據(jù)市場調(diào)查，2014年可穿戴設(shè)備出貨量為2，900萬件，2015年為8，500萬件。同時該公司預(yù)測，可穿戴設(shè)備市場的規(guī)模將在2016 年達(dá)到1.23億件，并在2020年達(dá)到4.11億件。

　　圖1：分析公司預(yù)測可穿戴設(shè)備市場的所有領(lǐng)域在未來幾年都將快速發(fā)展。

　　盡管可穿戴設(shè)備市場的初期增長令人可喜，不過整體市場規(guī)模仍然相對較小，特別是與年出貨量達(dá)十幾億部的智能手機市場相比。為推動該快速增長的市場實現(xiàn)其最大潛力，我們需要令人興奮的新型可穿戴設(shè)備。

　　這些設(shè)備將集成更多傳感器，以便向用戶提供更多有用信息，并且具備“情境感知”（context aware）特性，確保以相應(yīng)的方式傳遞信息。它們將開辟新的用途，例如淡化消費與醫(yī)療應(yīng)用之間的界限，幫助人們在醫(yī)療專業(yè)人士的協(xié)助下管理自己的健康。這些新用途將使數(shù)據(jù)安全和用戶隱私變得更加重要。

　　可穿戴設(shè)備只有在人們穿戴它時才能發(fā)揮作用，穿戴的時間越長越好。因此，這些下一代設(shè)備需要提供長久的電池續(xù)航時間（亦即兩次充電之間的時間），同時需要有“低調(diào)”的外形且穿戴舒適。

　　數(shù)據(jù)集成和情境感知

　　最早的可穿戴設(shè)備是基于三維加速計的簡單計步器。隨后很快就出現(xiàn)了包含壓力傳感器和陀螺儀等器件的更復(fù)雜設(shè)備。這些器件使可穿戴設(shè)備能夠識別穿戴者正在參與的活動類型（如步行、跑步、爬山等），并跟蹤其睡眠周期。同時，溫度和濕度傳感器使得可穿戴設(shè)備能夠更準(zhǔn)確地測量諸如鍛煉時消耗的卡路里等參數(shù)。

　　可穿戴設(shè)備集成更多傳感器的這一趨勢未來幾年將會加快。特別是，我們將看到集成越來越多的運動和環(huán)境傳感器，以及新興的生物傳感器。生物傳感器現(xiàn)已應(yīng)用于獨立的可穿戴醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)儀，而且許多消費類設(shè)備現(xiàn)在都提供心率測量功能。但在接下來的幾年內(nèi)，消費設(shè)備將集成更廣泛的生物傳感器，如測量血氧量、血壓和血糖水平的光譜傳感器，以及確定出汗水平和pH值的皮膚電阻感應(yīng)傳感器。

　　圖2：我們將看到可穿戴設(shè)備集成越來越廣泛的生物傳感器。

　　集成更多傳感器有許多優(yōu)勢，最明顯的是，可以增加設(shè)備的功能，使其能夠測量更多參數(shù)。另外，還能提高所收集數(shù)據(jù)的精確性。例如，使用來自其他傳感器的信息來確定穿戴者正在從事的活動類型，有助于選擇更合適的算法來處理來自加速計的輸入信息，使活動追蹤更加準(zhǔn)確。另外，結(jié)合來自眾多傳感器的數(shù)據(jù)使設(shè)備能夠提取更多對用戶有用的信息，例如，使用心率、加速計數(shù)據(jù)和皮膚電阻感應(yīng)來測算人的壓力水平。

　　除了上面提到的運動、環(huán)境和生物傳感器之外，可穿戴設(shè)備還有可能增加麥克風(fēng)的使用。但目的不是向穿戴者提供更多信息，而是幫助設(shè)備感知其使用情境，以便確定哪些信息對穿戴者有用，以及如何以最佳的方式傳送這些信息。例如，如果設(shè)備“聽到”噴氣式發(fā)動機的轟鳴聲，它能推斷出穿戴者正在坐飛機，并監(jiān)測坐了多長時間，然后調(diào)整針對睡眠和鍛煉的建議，幫助穿戴者更有效地應(yīng)對疲勞、脫水和時差反應(yīng)。

　　新用途

　　隨著可穿戴設(shè)備收集更多有關(guān)我們及周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，它們將日益成為我們的“數(shù)字自我”。這一點與可穿戴設(shè)備和情境感知的混聚（mash-up）相結(jié)合，為可穿戴設(shè)備開辟了許多新用途。其可能性幾乎是無窮盡的。但很容易想象，可穿戴設(shè)備將成為通用的接入設(shè)備，例如開家門、辦公室門和汽車門，登錄工作系統(tǒng)等。從而避免了忘帶鑰匙、出入證和忘記密碼帶來的麻煩。

　　在家庭自動化領(lǐng)域，智能娛樂系統(tǒng)能夠通過可穿戴設(shè)備檢測出誰在家中，并根據(jù)此人的偏好自動選擇電視頻道、音樂和音量。可穿戴設(shè)備能夠與房間內(nèi)各個地方的信標(biāo)進(jìn)行通信，感測人的存在，打開和關(guān)閉照明和供暖，并根據(jù)個人偏好進(jìn)行調(diào)節(jié)，使你始終感覺舒適并節(jié)省能源。

　　大數(shù)據(jù)：淡化消費與醫(yī)療應(yīng)用的界線

　　也許可穿戴設(shè)備最令人興奮的新用途是幫助人們管理自身健康。隨著生物傳感器使用數(shù)量的增加，以及其所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性的提高，我們將看到消費與醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域的融合。健身和生活方式設(shè)備將從消費裝置發(fā)展到提供醫(yī)療級數(shù)據(jù)。

　　因此，你所收集的跟蹤健康和運動水平的信息，可與你的醫(yī)生或自動醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)共享，以便在癥狀出現(xiàn)前提前給出預(yù)警。這樣人們就能在情況還不太嚴(yán)重、更易于實施和更有可能成功的時候，及早尋求治療或適當(dāng)改變生活方式。

　　目前許多公司都在開發(fā)用于醫(yī)療服務(wù)的數(shù)據(jù)共享云基礎(chǔ)設(shè)施，可穿戴設(shè)備是這些基礎(chǔ)設(shè)施的天然伙伴。這將是我們見證所謂大數(shù)據(jù)真正力量的領(lǐng)域。隨著可穿戴設(shè)備變得越來越常見和先進(jìn)，我們將有可能整理和分析來自數(shù)百萬人積累多年的健康、健身及生活方式匿名信息。除了揭示深層的健康趨勢，這些巨大的數(shù)據(jù)集還能揭示疾病是如何發(fā)生的（所謂“超早期醫(yī)療”）。這有助于實現(xiàn)早期干預(yù)，以最大限度減小疾病所帶來的財務(wù)、社會及個人影響。

　　用戶隱私和安全

　　隨著可穿戴設(shè)備收集越來越多的敏感信息，并逐漸成為全面的數(shù)字自我，隱私和數(shù)據(jù)安全將變得至關(guān)重要。特別是在涉及醫(yī)療數(shù)據(jù)的情況下，消費者將要求最高級別的數(shù)據(jù)安全保護(hù)，而隨著消費者的消息越來越靈通，這將成為影響購買決定的關(guān)鍵因素。

　　數(shù)據(jù)的存儲和傳輸都必須有安全保障。第一代聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備大多依靠其所選擇的連接技術(shù)的內(nèi)在安全協(xié)議，比如藍(lán)牙低功耗（Bluetooth low energy / BLE）。如果只是追蹤人在一天中走了多少路，可能這已足夠了。但如果消費者將其醫(yī)療信息托付給可穿戴設(shè)備，則就需要更強大的安全措施。

　　最新版本的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)（藍(lán)牙4.2）提供更高的安全性。但由于藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)量巨大，安全算法被黑客攻破（使得數(shù)據(jù)傳輸失去安全性）的風(fēng)險始終存在。

　　因此，可穿戴設(shè)備制造商必須考慮獨立的數(shù)據(jù)加密措施，比如Dialog針對可穿戴設(shè)備的解決方案所采取的措施。即使藍(lán)牙安全協(xié)議被破解，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)仍然是加密的。這樣，制造商就能向消費者提供獨立于藍(lán)牙技術(shù)的端到端安全性，使可穿戴設(shè)備上的個人信息擁有與銀行財務(wù)記錄相同的安全等級。

　　電池續(xù)航時間

　　在集成更多傳感器和支持新用途方面，紐扣電池和可充電電池的有限功率給可穿戴設(shè)備制造商帶來了很大的挑戰(zhàn)。IDC和GMI的研究一再表明，電池續(xù)航時間已成為消費者購買電池供電式便捷產(chǎn)品的第一考慮因素。

　　目前的可穿戴設(shè)備通常提供大約7-14天的電池續(xù)航時間/充電周期。隨著設(shè)備變得更加復(fù)雜，消費者希望這個續(xù)航能力至少能夠保持，當(dāng)然能夠延長更好。另外，可穿戴設(shè)備的許多用途都需要進(jìn)行長時間的持續(xù)監(jiān)測，如果必須摘下設(shè)備進(jìn)行充電或更換電池，就會抵消應(yīng)用的好處，從而減小它們對消費者的吸引力。例如，如果你必須在晚上對設(shè)備充電，那么設(shè)備就無法跟蹤你的睡眠模式，從而可能錯過發(fā)現(xiàn)心悸狀況，而這有可能是嚴(yán)重心臟病的預(yù)警信號。

　　典型鋰聚合物充電電池的容量只有40 - 100 mAh。在此情況下，要為包含多個傳感器的可穿戴設(shè)備供電幾天時間，意味著需要降低系統(tǒng)所有部件的功耗，包括傳感器、系統(tǒng)、通信硬件和軟件。傳感器技術(shù)在不斷進(jìn)步并降低功率需求。同時，Dialog通過集應(yīng)用與通信硬件于一體的藍(lán)牙低功耗SoC（例如新的SmartBond DA14680和DA14681），在系統(tǒng)總功耗方面不斷取得進(jìn)步。由于采用創(chuàng)新的電源管理和RF技術(shù)，這些產(chǎn)品在典型藍(lán)牙事件下的電流消耗僅為1 mA左右。

　　圖3：Dialog的SmartBond DA14680是一款“可穿戴芯片”（wearable-on-chip）SoC，在其基礎(chǔ)上只需增加傳感器、電源和幾個外圍元件，即可快速而可靠地開發(fā)可穿戴計算設(shè)備。

　　圣杯：永不離身的可穿戴設(shè)備

　　可穿戴設(shè)備的終極目標(biāo)是實現(xiàn)持續(xù)的監(jiān)測。這意味著需要找到一種可為設(shè)備供電，但又無需卸下進(jìn)行充電（或更換電池）的方法。兩個顯而易見的方法是能量采集和無線充電。

　　對于能量采集，最有潛力的候選技術(shù)是光伏電池和采集雜散RF信號。振動能量采集及熱電發(fā)電也是可能的，但由于人類動作的頻率及人體四周的溫差是有限的，這意味著其潛力非常有限。有些制造商已經(jīng)開始研究能量采集在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用，例如Misfit與Swarovski開展合作，開發(fā)并生產(chǎn)出了通過太陽能供電的健康監(jiān)測首飾。然而，由于我們對可穿戴設(shè)備的功能要求不斷增加，能量采集似乎很難成為始終開啟的可穿戴設(shè)備的唯一電源，而有可能充當(dāng)輔助電源，幫助延長主電池的續(xù)航時間。

　　無線充電則更有潛力成為主電源。由于可穿戴設(shè)備需要穿戴在身上，所以最有前途的選項是松散耦合無線充電，其中RF信號在一個延伸的區(qū)域內(nèi)向多個獨立設(shè)備供電，類似于Wi-Fi系統(tǒng)以無線方式將多個設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連。Dialog和Energous最近展示了針對這種系統(tǒng)的首個概念驗證結(jié)果，其充電半徑可達(dá)10米。

　　圖4：松散耦合無線充電能夠支持開發(fā)無需摘下的可穿戴設(shè)備。

　　要想使無線充電真正成為始終開啟的可穿戴設(shè)備的主電源，則需對充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大投資。Wi-Fi可作為樣板；充電系統(tǒng)可安裝在家中和工作場所，而咖啡店、機場、酒店等可通過為顧客創(chuàng)建更大的“充電熱點”使其比競爭對手更有優(yōu)勢。

　　外形

　　可穿戴設(shè)備制造商面臨的另一個挑戰(zhàn)是，將所有這些功能塞進(jìn)人們要連續(xù)穿戴很長時間的設(shè)備中。不同的人對可穿戴設(shè)備的外觀偏好有所不同，有的人喜歡時尚些，而有的人喜歡低調(diào)些。

　　目前，最常見的可穿戴設(shè)備外形是手環(huán)和智能手表。市場調(diào)研公司Forrester的初步市場研究表明，這些外形仍然將在最受歡迎的外形之列，28%的人樂意將好玩且可信賴的傳感器設(shè)備戴在手腕上。如圖5所示，未來幾年里，手腕應(yīng)該仍是可穿戴設(shè)備最常穿戴的位置，但我們將看到一些不同類型的設(shè)備出現(xiàn)。這些設(shè)備有一點是相同的，那就是它們都具有非常小的外形。

　　圖5：雖然到2020戴在手腕上的可穿戴設(shè)備仍將是最為常見的，但許多其他類型的小型設(shè)備也將變得流行起來

　　為制造這些小設(shè)備，制造商需要集成度更高的硬件解決方案；SoC解決方案以單一封裝提供了所有應(yīng)用、系統(tǒng)、安全和個人連接功能。目前，最小的解決方案（在單個模塊中包含了一個SoC和所有必要的無源器件）的尺寸約為3.5 x 3.5 mm。為滿足未來對外形的要求，這些解決方案的尺寸需要進(jìn)一步縮小。

　　為可穿戴設(shè)備制造商提供元件的IC公司能夠通過增加其IC解決方案中集成的功能來迎合上述趨勢。例如，Dialog的SmartBond DA1468x系列產(chǎn)品集通信、應(yīng)用處理、傳感中樞和電源管理功能于一體。這消除了對外圍電池充電器、電量計、DC/DC轉(zhuǎn)換器等元件的需要，有助于顯著節(jié)省電路板空間。

　　準(zhǔn)備好迎接未來

　　舒適和具有高級功能的多傳感器可穿戴設(shè)備具有幫助人們?nèi)轿桓纳粕畹臐摿Α５嬲l(fā)揮這一潛力，可穿戴設(shè)備制造商需要將設(shè)備與好玩并對消費者有用的服務(wù)結(jié)合起來。這些服務(wù)的可能性幾乎是無窮無盡的--從遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)檢查到幫助人們進(jìn)行健康的飲食選擇，再到家庭自動化等等。這些服務(wù)將鼓勵人們購買和使用可穿戴設(shè)備，推動這個年輕市場延續(xù)其在早期令人激動的增長速度，并逐漸走向成熟。

　　為實現(xiàn)這些設(shè)備和服務(wù)，可穿戴設(shè)備制造商需要既能擴展設(shè)備的功能，又能滿足獨特設(shè)備尺寸及功耗限制的芯片解決方案。Dialog半導(dǎo)體公司致力于通過其SmartBond產(chǎn)品系列提供這些解決方案，并擁有與業(yè)界需求演變保持同步的創(chuàng)新路線圖。

　　SmartBond DA14680和DA14681是該路線圖上的第一步。作為用于可穿戴設(shè)備、智能家居和其他充電設(shè)備的首款單芯片解決方案，它們集卓越性能、高集成度和低功耗于一體，是目前能夠幫助設(shè)計工程師開發(fā)出充電周期令用戶滿意、具備情境感知功能的完整多傳感器可穿戴設(shè)備的唯一集成式解決方案。因此，DA14680和DA14681有助于創(chuàng)造下一代藍(lán)牙低功耗可穿戴設(shè)備，推動這個新興市場實現(xiàn)其全部潛力。