传感器与元件厂商看可穿戴电子的机会及解决方案
毛 烁 （《电子产品世界》编辑，北京 100036）
摘 要：业内部分领军的传感器与元件厂商介绍了可穿戴电子设备的机会，以及传感器、元件的发展趋向与解决方案。
1 Bosch提供低功耗、多功能、智能化传感器解决方案
近年来全球可穿戴设备出货量比之前增长16.7%，市场规模庞大。 同时用户对于可穿戴设备 的要求也越来越高。用户 希望他们的可穿戴设备具 有多功能的同时做到永不 断电，并且最大限度地延 长充电间隔。不仅如此， 人们对可穿戴智能化的要求也逐渐增长。
Bosch Sensortec为可穿戴用产品提供了广泛的产品 组合，制造商可以找到任何可穿戴的解决方案，无论是 智能手表、智能服装还是腕带。其中，Bosch Sensortec 的BMA400加速度计是超低功耗产品。和标准的加速计 相比，性能相同却只需要十分之一的耗电量，能够解决 用户对于永不断电且最大限度的延长充电间隔的需求。 而BHI160BP则是业界位置追踪智能传感器的先驱，具备 超低功率位置追踪功能。相较于普通GNSS解决方案可 降低系统功耗高达80%，且不影响精度。
不仅如此，Bosch Sensortec旗下高性能IMU（惯 性测量单元）BMI270能满足用户对于可穿戴设备多功 能的要求，包括直观的手势、上下文和活动识别，以及 集成即插即用计步器并专门针对腕戴式设备中的精确步 数进行了优化。
面对可穿戴设备更智能的需求，Bosch Sensortec 的智能传感器中枢BHI260和BHA260集成了强大的传 感器协处理器和MEMS传感器，使它们可以胜任复杂 的传感器处理任务和数据缓冲，而无需唤醒主应用处 理器。
而穿戴设备是一个快速发展的细分市场，同时也 是可穿戴设备领域的主要增长动力。2019年，Bosch Sensortec 也推出了新款BMA456耳穿戴加速度计，是 在单一传感器中集成了优化的耳穿戴功能的加速度计， 可实现直观的用户交互，如点击、双击和三击耳。
2 用于可穿戴产品的RFID标签
近年来，随着库存管理和商品源头追溯性管理的附 加价值不断提高，RFID标签的应用逐渐普及开来，但 是在面积有限的可穿戴产品上如何安装RFID标签还是 难题。村田利用多层陶瓷基板技术，将RFID标签的IC芯 片和天线一体化，实现了小物品追溯用RFID标签的商品化。村田的超小型RFID标签尺寸仅为1.25 mm×1.25 mm×0.55 mm，集成天线，坚固的设计使标签可注塑 在产品内而完全不影响产品本身外观（如图1）。
图1 村田小物品追溯用RFID标签
该超小型标签可用于可穿戴产品等小物品追溯，以 村田RFID标签在智能手环/手表中的应用为例，在智能 手环/手表生产时，将村田RFID标签附在或嵌入产品内 部，可以在工厂内部改善产品制造及物流流程，实现“工厂—仓库—物流”的 流程监控，产品销售时还 能起到防伪的作用，有效 加强品牌保护。另外产品 需要后续维修的时候，不 用拆机，通过读写器，工 作人员就可以了解到该产 品的过往历史，有效提高 维修服务及质量，最终实 现让用户和厂家对产品的全流程都一目了然。
此外，村田超小型RFID标签也能用于助听器、眼 镜、医疗设备、奢侈品等小型产品上。
3 TDK为可穿戴应用程序提供多种创新技术
结合物联网(IoT)市场的成长，智能手表、音频耳机 /耳塞、虚拟现实/增强现实(VR/AR)和健康追踪应用程 序等无线可穿戴产品，成为了可穿戴产品市场的主要驱动力。
TDK为可穿戴应用程序提供多种创新技术，特 别是传感器解决方案、能 源装置、触觉解决方案和 下一代电子元件，包括可实现产品小型化和高性能 的智能封装技术。
TDK的综合传感器产 品组合包括微电子机械 系统(MEMS)、磁阻(MR)和压电技术。TDK先进的MEMS运动传感器和飞行时间(ToF)传感器可为AR/VR应用程序用户带来独特的体验。TDK尖端的ToF传感器可测量控制器和耳机之间的位置，而无需使用外部控制台设备检测各个设备的 位置。
TDK的压电触觉技术可为用户带来真正的触觉体验。采用压电触觉技术可消除笨重的电机振动。TDK的 压电触觉解决方案可复制按下机械按钮的感觉。您可将压电触觉装置置于设备表面下，以取代机械开关。无需音量按钮孔，您仍可体验按按钮的感觉。压电触觉 带给用户的体验远不止简单的电机振动。其厚度仅1.3 mm，可实现超低功耗。
除了元件，TDK还可提供称为IC内置基板(SESUB) 的独特包装和SiP技术。将IC嵌入基板，其余组件安装 在基板的顶部，从而在不影响性能的前提下，显著减 小体积。TDK的这一独特基板还提高了散热性与高可靠 性，降低了所嵌入IC的损耗和噪声排放，同时还可支持 多种IC嵌入。
TDK正在持续开发体积更小、使用非常规材料且性能更高的元件，以满足未来需求。TDK是您身边的“一站式 供应商”，可满足您对可穿戴设备硬件的各种需求！
4 TDK推出适应智能头戴式耳机传感器
就运动手表 而言，TDK 的MEMS惯性传感设备能提 高运动感测精度，特别适合 健身或其他户外活动，终端 用户对此抱有极大期望。对 于智能头戴式耳机，市场 对于高端产品的需求持续增 长，这对于具有先进降噪性 能、更佳用户体验的MEMS 麦克风而言是一个利好。
TDK最近推出了两款新型InvenSense传感器，拓 展了运动可穿戴设备的使用范围，特别适合新兴的健身 及户外相关活动。其中一款是经过改良的六轴运动传感 器，测量范围比市场上传统的六轴运动传感器更广。事 实上，TDK最新的ICM-42686产品的转速和加速度测量 范围均达到运动可穿戴设备的2倍，能精确测量最快的加 速度和最大转速。其中一个典型应用案例是，该传感器 能精确感测乒乓球比赛中的每个动作。在这个应用中， 只能感测一般用户移动的传统传感器根本无法跟踪运动 员的动作。
TDK新近上市的另一款传感器是专为运动可穿戴设 备而设计的新一代的电容式压力传感器。该产品具有更 高的精度与低功耗，能可靠检测＜10 cm的高度变化， 有望率先测量出用户攀爬的台阶数。对于运动/健康设 备而言，这是一项极受欢迎的性能，方便用户更好地管 理自身锻炼，准确测定自身卡路里的消耗。
对于智能头戴式耳机，TDK已推出了一系列具有高信 噪比的新型InvenSense PDM麦克风，专门优化以支持两 个及两个以上的麦克风的波束成形。这能确保更有效的降 噪处理并改善远场性能，特别是在语音唤醒方面。
5 固态充电电池使用紧凑SMD技术
智能穿戴设备为缤纷多彩的生活增添了更多的可能性，未来的发展将需要 无数的特殊电源以满足新 的超低功率半导体和传感 器的需求。这对于能量存 储介质提出了新的要求： 尺寸小，可充电，本质安 全，易于装配，低成本且 工作寿命长。TDK集团率 先推出首例采用紧凑SMD 技术的CeraCharge™固态充电电池。相比于最常用的技术，CeraCharge™属固态充电 电池，无任何液体电解质。该电池采用了和MLCC类似 的多层技术（如图2），该技术结合了相对高能量密度和小元件体积，以及陶瓷多层元件的安全及大批量制造 特性。通过这种技术，高能量密度和最小的元件体积与 陶瓷多层元件的安全性及高容量制造优点被结合在一 起。此外，采用固态陶瓷电解质还消除了火灾、爆炸或 液态电解质泄漏的风险。
6 可穿戴用柔性传 感器、微型连接器等动向
可穿戴设备的制造商正在寻求通过各种方式来使微小空间内的组件做到微型化，同时保持极高的可靠性，还要应对价格极为敏感的挑战。
先进的传感器设计是可穿戴设备创新中的核心所 在，而Molex的 Soligie 印刷型传感器则具有在塑料、纸 张和金属箔之类的低成本柔性基板上制作各种元件和互 连系统的全部优势。在微型化医疗设备的设计过程中，这可以成为一项主要的优势。然后可以使用导电银 墨来添加组件，从而形成 电路。Soligie 解决方案采 用的高精度滚动式 (R2R) 高速印刷工艺可以实现完 全等效于铜电路的结果， 同时还可以减少制造工艺 以及使用的材料 、 降低 成本。
Molex还是成型互连设备/激光直接成型 (MID/LDS) 技术的领导者，在这方面，功能性的电子元件会集成到 三维上的热塑性封装当中，从而获得结构紧凑而又轻量 级的高性能设备。LDS 通常采用三轴激光在采用专用 催化树脂成型的 MID 表面上建立起走线，这样形成的 MID 解决方案通常会包含天线和传感器接口之类的组 件。它们的工程设计所采用的技术包含了电镀穿孔通孔 以及焊盘。
Molex的 MID/LDS 技术可以为需要微型化以及减 重的应用提供支持。此外，该技术还可以实现极快的开 发周期，提高设计的自由度。典型应用包括传感器设备 和天线的实施。该技术的设计可以为可穿戴设备的生产 带来极高的成本效益。
Molex提供范围广泛的高性能射频天线，易于使 用，具有多种形状系数，满足所有通用的天线协议和 天线频率的要求。该产品包括超薄陶瓷天线和 MID/ LDS 天线，适合将互联网和数据连接嵌入到紧凑的设备 当中。
相机和笔记本电脑之类的设备含有密集的电子元 件，但是在空间上受到约束，通常会将柔性连接作为一 种便利的备选方案来替代传统布线。自然，这种方法也 适用于可穿戴设备这一相对较新的产品类别。Molex的 FFC（柔性扁平电缆）- FPC（柔性印刷型电路）连接 器提供 0.20~2.00 mm的螺距范围，在紧凑的轻量级设 计中具有纯粹的信号完整性。该产品满足一系列多种应 用的设计需求，其中就包括了可穿戴设备，在这类设备 中，必须将微型化与极高的可靠性良好的结合到一起。
这类超细螺距的小尺寸 FFC-FPC 连接器提供一系列的 驱动形式，包括 ZIF、LIF、滑块式以及翻转式致动器， 以极低的成本为高带宽的数据速率提供支持。
参考文献
[1] ROHM SEMICONDUCTOR.可穿戴设备用光学式脉搏传感 器技术难点及应用事例.电子产品界,2016(3):65-67.
[2] 迎九. 可穿戴与IoT用DC/DC：如何实现纳安级消耗电流？.电 子产品界,2016(4):19-21.
[3] 迎九. 可穿戴传感器趋势及部分新产品技术.电子产品界, 2016(5):25-27.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第9期第16页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。
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