《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無(wú)線(xiàn)充電 低功耗技術(shù)如何讓可穿戴更舒適

2016-07-26

  為創(chuàng)造更加便利的生活,穿戴式裝置智能手機(jī)搭載無(wú)線(xiàn)充電定位系統(tǒng)與感測(cè)器技術(shù)風(fēng)潮正方興未艾。越來(lái)越多終端制造商在自家產(chǎn)品中導(dǎo)入上述三項(xiàng)功能,也促使各大元件廠(chǎng)商紛紛推出相關(guān)高整合度解決方案,以回應(yīng)市場(chǎng)需求。

  穿戴式裝置市場(chǎng)熱度狂飆。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中,穿戴式裝置與個(gè)人行動(dòng)裝置導(dǎo)入無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)與日俱增,包含在汽車(chē)業(yè)、智能建筑、智能醫(yī)療等領(lǐng)域皆可看到無(wú)線(xiàn)充電的足跡。

  無(wú)線(xiàn)充電持續(xù)熱燒 MI/MR技術(shù)大比拚

  無(wú)線(xiàn)充電大舉滲透不同應(yīng)用領(lǐng)域。以穿戴式產(chǎn)品來(lái)說(shuō),今年將會(huì)是智能手表、智能手環(huán)、智能眼鏡等應(yīng)用率先導(dǎo)入無(wú)線(xiàn)充電。其中,磁感應(yīng)(MI)與磁共振(MR)是實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電的兩大技術(shù)類(lèi)型,各自擁有不同的技術(shù)特性與優(yōu)勢(shì);不過(guò),MR技術(shù)的發(fā)展前景備受看好。

  安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)SEC技術(shù)表示,未來(lái)MR將是能普及于廣大市場(chǎng)的技術(shù)。MR是透過(guò)磁共振的方式,使用高頻率的磁共振能量 傳導(dǎo)技術(shù),因此可拉長(zhǎng)電力接收器(PRU)與電力發(fā)射單元(PTU)之間的距離,不同于MI是透過(guò)低頻的磁傳導(dǎo)技術(shù),裝置中的兩個(gè)線(xiàn)圈距離需越近越好,以 提升磁能量轉(zhuǎn)換效率。

  高東良指出,MR技術(shù)具備幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì),首先,采用MR可將PTU完美隱藏至桌子底下或生活不同的應(yīng)用之中,該技術(shù)僅需在內(nèi)嵌PTU應(yīng)用的產(chǎn)品表面,標(biāo)志可充電位置即可開(kāi)始供電,一方面可免除遺失的問(wèn)題,二方面可為生活環(huán)境帶來(lái)更便利性與美觀(guān)。

  除此之外,高東良談到,MR是透過(guò)低功耗藍(lán)牙(BLE)作為PRU和PTU之間溝通的橋梁,透過(guò)BLE的溝通,可分辨手機(jī)、平板、穿戴式裝置等不同載具的電 量需求,對(duì)癥下藥進(jìn)行配電,以避免充電瓦數(shù)過(guò)高,而導(dǎo)致裝置燒毀的問(wèn)題,提升高效率充電應(yīng)用;以BLE為通訊基礎(chǔ),MR最高可同時(shí)支援1?5個(gè)不同裝置的 電力傳輸,滿(mǎn)足消費(fèi)者同時(shí)傳輸不同載具的需求,更為消費(fèi)者接受。

  整體而言,無(wú)線(xiàn)充電的MI技術(shù)發(fā)展已有十年之久,卻一直無(wú)法普及其主 要原因在于該技術(shù)的眾多限制,包含只能一對(duì)一傳輸電力、充電過(guò)程產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題以及無(wú)法避免金屬元件造成的干擾等挑戰(zhàn)。相較之下,MR克服了MI所延伸的問(wèn) 題,采用MR的產(chǎn)品可有比較大的氣隙(Air Gap)空間,被充電的裝置毋須擔(dān)心物品擺放位置或角度即可充電,但因需要藍(lán)牙技術(shù)支援,導(dǎo)致成本會(huì)高一些。

  就此而言,高東良透露, 現(xiàn)階段MR的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)導(dǎo)入裝置端,通常都會(huì)采用兩顆藍(lán)牙晶片,其中一顆藍(lán)牙晶片以語(yǔ)音傳輸和資料傳輸為主,另外一顆則是專(zhuān)用于MR通訊使用;不過(guò),藍(lán) 牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)已將A4WP充電檔案資料(Profiles)納入BLE晶片標(biāo)準(zhǔn),未來(lái)僅需一顆支援A4WP通訊協(xié)議的BLE晶片,即可實(shí)現(xiàn)MR無(wú)線(xiàn)充電傳輸?shù)?功能,且成本也可下降。

  值得一提的是,高東良強(qiáng)調(diào),目前無(wú)線(xiàn)充電產(chǎn)業(yè)的上、中、下游廠(chǎng)商皆積極布局無(wú)線(xiàn)充電領(lǐng)域,包含半導(dǎo)體廠(chǎng)、零組件廠(chǎng)和裝置系統(tǒng)商都有相對(duì)應(yīng)的解決方案,此現(xiàn)象將促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)更為成熟。

  穿戴裝置商機(jī)滿(mǎn)載 定位/連接整合方案搶手

  穿戴式裝置應(yīng)用百花齊放。根據(jù)Gartner分析,2016年穿戴式電子裝置出貨量將達(dá)2億7500 萬(wàn)臺(tái),平均營(yíng)收上看287億美元,其中,高達(dá)115億是來(lái)自于智能手表的貢獻(xiàn)。

  u-blox商業(yè)開(kāi)發(fā)經(jīng)理廖容嫺表示,穿戴式市場(chǎng)正快速的成長(zhǎng),目前主要成長(zhǎng)來(lái)自于智能型手表與智能型手環(huán);另外,包含運(yùn)動(dòng)健身器材、頭戴式與智能型服飾(Smart Garment)皆為熱門(mén)且具潛力的應(yīng)用市場(chǎng)。

  廖容嫺認(rèn)為,穿戴式裝置無(wú)論設(shè)計(jì)或采買(mǎi),一定是人或?qū)櫸镒鳛榭剂康某霭l(fā)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō),受2015年上映的兩部與兒童安全相關(guān)的電影影響,勾起中國(guó)市場(chǎng)對(duì)于兒童安全議題的關(guān)注,推動(dòng)兒童定位手表市場(chǎng)方興日盛,創(chuàng)造近1000億人民幣的銷(xiāo)售金額。

  整體而言,穿戴式產(chǎn)品“百百款”,但皆具備基本共通的特性。廖容嫺指出,以技術(shù)角度來(lái)看,感測(cè)、定位系統(tǒng)、短距/長(zhǎng)距離連接與小型化裝置等功能,是設(shè)計(jì)穿戴式裝置不可或缺的基本要素,倘若能加強(qiáng)定位、感測(cè)元件的效能,即可將產(chǎn)品價(jià)值發(fā)揮到最大化。

  穿戴式裝置是支援日常生活的精巧可攜式裝置,透過(guò)結(jié)合無(wú)線(xiàn)通訊連接和定位功能,可提供即時(shí)的服務(wù)。穿戴式裝置中的低功耗技術(shù)可延長(zhǎng)電池使用壽命,而優(yōu)異的無(wú) 線(xiàn)電功能可實(shí)現(xiàn)絕佳的使用者體驗(yàn)。這類(lèi)需要高整合技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)正快速成長(zhǎng),因此價(jià)格也將很快地變得更有競(jìng)爭(zhēng)力。 以定位模組來(lái)說(shuō),廖容嫺指出,應(yīng)用于穿戴式裝置的衛(wèi)星定位模組,最大挑戰(zhàn)在于如何降低功耗提高電源管理的能力以實(shí)現(xiàn)節(jié)電的需求,同時(shí)提升定位精準(zhǔn)度并且設(shè) 計(jì)出尺寸輕巧的產(chǎn)品;換言之,產(chǎn)品必須同時(shí)兼顧效能與精準(zhǔn)度,在計(jì)算距離與速率的過(guò)程,必須提供正確的數(shù)據(jù)資料。

  廖容嫺分 析,2017年至2018年衛(wèi)星定位模組主要市場(chǎng)將會(huì)鎖定智能/基礎(chǔ)健身(Smart/Basic Sports&Fitness)、動(dòng)作攝影機(jī)(Action Cameras)與人體追蹤(People Tracking)等應(yīng)用領(lǐng)域,不過(guò)受限于這類(lèi)型的穿戴裝置要求高整合度,因此技術(shù)的演進(jìn)與成長(zhǎng)動(dòng)能較為緩慢。

  現(xiàn)階段,該公司已與韓國(guó)軟體開(kāi)發(fā)商KIWI PLUS合作研發(fā)新款兒童智能型手表,該手表建基于Android系統(tǒng),配備著簡(jiǎn)單的液晶螢?zāi)辉O(shè)計(jì),只需碰觸一下即可通話(huà),還能提供即時(shí)且準(zhǔn)確的位置追蹤與簡(jiǎn)單的安全范圍設(shè)定。

感測(cè)器首重低功耗/小包裝/高整合

  科 技的創(chuàng)造往往是為了滿(mǎn)足人類(lèi)追求便利生活的渴望,在這之間,則會(huì)產(chǎn)生一些替代性產(chǎn)品協(xié)助人類(lèi)執(zhí)行工作,或因應(yīng)不同應(yīng)用的工作需求。例如,為了提高運(yùn)動(dòng)品 質(zhì),在衣物上加裝戶(hù)外紫外線(xiàn)(UV)感測(cè)器、計(jì)步器、加速度計(jì)(Accelerometer)等元件,協(xié)助使用者更有效率完成運(yùn)動(dòng)。

  意法半導(dǎo)體(ST)類(lèi)比、微機(jī)電與感測(cè)元件應(yīng)用經(jīng)理陳建成表示,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)與感測(cè)器的發(fā)展趨勢(shì),已朝向低功耗、小包裝和高整合感測(cè)器發(fā)展。

  以應(yīng)用層面來(lái)看,分為壓力計(jì)(Pressure Sensor)、UV感測(cè)器和光學(xué)防手震(OIS)陀螺儀(Gyroscope)等。在OIS陀螺儀領(lǐng)域,以ST這兩年的觀(guān)察,現(xiàn)今已有許多高階手機(jī)采用OIS陀螺儀,如三星(Samsung)S7 Edge。

  陳建成進(jìn)一步指出,大多數(shù)的廠(chǎng)商,都希望可以整合不同的感測(cè)器,使硬體設(shè)計(jì)上的空間較為彈性,因此開(kāi)始有六軸、九軸的智能型感測(cè)器模組大舉問(wèn)世。此外,由應(yīng) 用單純的運(yùn)動(dòng)(Motion) MEMS銷(xiāo)售量日益攀升,可觀(guān)察出MEMS感測(cè)器對(duì)于省電、優(yōu)異的效能、包裝小需求顯然已是大勢(shì)所趨,不僅如此,感測(cè)器也有越來(lái)越便宜的趨勢(shì)。

  陳建成認(rèn)為,Google是促成智能裝置中的感測(cè)器必須省電的始作俑者。其原因在于,Google提出一個(gè)稱(chēng)之為Always On的概念,意指當(dāng)裝置中的應(yīng)用處理器休眠時(shí),感測(cè)器元件必須持續(xù)不停地工作,例如當(dāng)使用者在走路過(guò)程中,依舊執(zhí)行計(jì)步器的功能。

  時(shí)至今日,陳建成談到,該公司在感測(cè)器這塊領(lǐng)域累積長(zhǎng)久的經(jīng)驗(yàn),目前亦有許多不同的合作廠(chǎng)商,包含宏達(dá)電、蘋(píng)果(Apple)、Alta和微軟 (Microsoft)等,該公司提供不同的壓力感測(cè)器、Motion MEMS、陀螺儀、UV Sensor甚至是整合加速度計(jì)與陀螺儀的感測(cè)器,分別套用于頭戴式虛擬實(shí)境(VR)裝置與智能手環(huán)市場(chǎng)。

  穿戴式科技產(chǎn)品爭(zhēng)奇斗艷,舉凡一般智能手環(huán)到監(jiān)測(cè)生理資訊的電子裝置,甚至近期搶走所有鎂光燈焦點(diǎn)的VR眼鏡前仆后繼陸續(xù)問(wèn)市,然而,這些酷炫的科技新品背后衍生的安全風(fēng)險(xiǎn),卻不得不重視。

  搞懂穿戴安全認(rèn)證 產(chǎn)品設(shè)計(jì)有保障

  穿戴式設(shè)備應(yīng)用技術(shù)多元復(fù)雜,并密切貼近人體,使得安全風(fēng)險(xiǎn)疑慮備受關(guān)注,如觸電、灼傷、聽(tīng)力損害、化學(xué)反應(yīng)或電源爆炸等。諸如此類(lèi)的安全問(wèn)題皆是開(kāi)發(fā)商在制造階段與消費(fèi)者使用穿戴式裝置時(shí)必須小心的部分。

  UL 消費(fèi)性事業(yè)電子科技產(chǎn)業(yè)部工程部專(zhuān)案經(jīng)理柯得榮表示,穿戴式裝置的使用者容易出現(xiàn)個(gè)人資料外流、泄漏隱私與身體安全危害的隱憂(yōu)。舉例來(lái)說(shuō),有些具 備照相功能的穿戴裝置,會(huì)隨時(shí)隨地拍攝不同的人、事、物,在此情況下,極有可能在不知情的狀況下,被持有照相功能的使用者擷取隱私的疑慮。

  此外,為了有效提升醫(yī)療救護(hù)的效能,有些病患身上會(huì)植入醫(yī)療器材于身體之中,透過(guò)遠(yuǎn)端控制的方式,控制病患身體狀況,這將有助于醫(yī)療救治。反之,這種遠(yuǎn)端控制涉及無(wú)線(xiàn)技術(shù),亦有可能受駭客入侵,若駭客居心不良,極有可能使病患身體產(chǎn)生不適。

  值得一提的是,柯得榮強(qiáng)調(diào),VR裝置為世界帶來(lái)相當(dāng)大的娛樂(lè),但VR裝置會(huì)不會(huì)導(dǎo)致一些心理層的傷害問(wèn)題值得省思,因?yàn)檫@種傷害難以定義,但并非不可能出現(xiàn)。

  另 一方面,柯得榮指出,若要將認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入穿戴式產(chǎn)品,首先必須了解鎖定的目標(biāo)國(guó)家市場(chǎng),清楚目標(biāo)中的國(guó)家是否有特殊宣告,從而選擇認(rèn)證方向。他談到,目前 穿戴式裝置尚未有一套標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證規(guī)范,因此該裝置基本類(lèi)型的認(rèn)證難度不高,與大部分手機(jī)和筆電認(rèn)證相差不遠(yuǎn);但由于穿戴式裝置涉及不同領(lǐng)域的應(yīng)用,故標(biāo)準(zhǔn) 認(rèn)證協(xié)會(huì)建議開(kāi)發(fā)商,可針對(duì)相關(guān)產(chǎn)品另行做不同測(cè)試。

  穿戴式裝置市場(chǎng)熱度持續(xù)發(fā)燒,將帶領(lǐng)不同類(lèi)型的穿戴式裝置蔓延至生活周遭。這也意味著,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商與消費(fèi)者在使用這些產(chǎn)品時(shí),更須重視不同產(chǎn)品所帶來(lái)的影響,并進(jìn)行有效的防護(hù)措施。


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