【導(dǎo)讀】Misfit Shine 2相比第一代Shine更薄、更強(qiáng)大也更智能。與制造商的廣告語一樣，它的外觀真的很漂亮。這款手環(huán)采用T6061 T6航空鋁合金材料制造，含有玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯，并且設(shè)計(jì)師明智地選擇了簡約的審美觀念，除了電容觸摸界面(UI)外，表面還有12個(gè)LED提供視覺 反饋。輕拍手環(huán)表面，這些LED可以指示你日常的目標(biāo)進(jìn)度，然后顯示時(shí)間。當(dāng)然你也可以選擇先顯示時(shí)間再顯示進(jìn)度。
照片由CNET提供。
Shine 2手環(huán)厚8mm，直徑30.5mm，重8.5g(含電池)。它的防水等級(jí)可達(dá)50米，使用一個(gè)3軸加速度計(jì)和一個(gè)磁強(qiáng)計(jì)檢測運(yùn)動(dòng)。
手環(huán)的振動(dòng)告警功能可以提供狀態(tài)反饋和提醒/告警。對(duì)于配對(duì)的蘋果手機(jī)(iOS7或以上)或安卓手機(jī)(果凍豆)來說，不論是放在手提包內(nèi)還是處于靜音模式，這個(gè)功能對(duì)接電話和短信都是有用的。音頻反饋來自非常悅耳的告警音。
與 手機(jī)的連接是通過藍(lán)牙4.1無線電實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)動(dòng)檢測則是由一個(gè)3軸加速度計(jì)和一個(gè)磁強(qiáng)計(jì)共同完成。另外，通過下載Misfit Link應(yīng)用，你可以使用IFTTT流程聯(lián)網(wǎng)控制你的移動(dòng)設(shè)備播放音樂、自拍，或輕擊Shine手環(huán)控制大量家庭聯(lián)網(wǎng)服務(wù)中的某個(gè)服務(wù)。這些服務(wù)被稱為 IFTTT“頻道”，比如WeMo開關(guān) 、Nest恒溫器甚至是推特簡訊。
除了好看和容易使用外，Shine 2之所以引人注目，還因?yàn)檫@家公司通過選用可以持續(xù)工作六個(gè)月的鈕扣電池解決了經(jīng)常遇到的電池問題。用戶再也不必頻繁地充電，也無需在離家之前等著充滿。由于用過早先的Fitbit一段時(shí)間，我覺得頻繁充電絕對(duì)是個(gè)缺點(diǎn)。
事 實(shí)表明，這款手環(huán)的低功耗特性是Fossil Group公司在去年11月宣布收購Misfit的許多理由中的第一條。不過Shine 2圓滑漂亮的設(shè)計(jì)幾乎被很差的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給毀了，這個(gè)結(jié)構(gòu)是要將手環(huán)固定在表帶內(nèi)。第一個(gè)手環(huán)就是有次在黑乎乎的劇院里因?yàn)椴涞綂A克袖口而被刮飛了。具 有諷刺意味的是，Shine 2應(yīng)該是想用安全夾來解決這個(gè)臭名昭著的“飛行Shine”問題(圖1)。實(shí)際上安全夾不起作用，但現(xiàn)在已經(jīng)沒有什么意義了，因?yàn)镸isfit已經(jīng)在推出 Ray時(shí)解決了這個(gè)問題——Ray是該公司前不久在拉斯維加斯消費(fèi)電子會(huì)議(CES)上發(fā)布的一款健康監(jiān)測器的全新設(shè)計(jì)。
圖1：這款手環(huán)的漂亮設(shè)計(jì)以及一塊CR2032 3V鈕扣電池能夠連續(xù)工作6個(gè)月的特性，使得Misfit Shine 2在DesignCon上成為了EDN的拆解目標(biāo)。
雖然接觸Shine 2的時(shí)間不長，但我發(fā)現(xiàn)它計(jì)時(shí)相當(dāng)精確，佩戴舒適，而且容易上手。再加上優(yōu)秀的軟件和IFTTT的支持，我甚至都未注意到短信和電話進(jìn)來時(shí)的手腕振動(dòng)提醒。
不管怎樣，讓我們到手環(huán)內(nèi)部去看看這么漂亮的設(shè)計(jì)、低功耗特性和強(qiáng)大功能到底是怎么實(shí)現(xiàn)的——以及在從最初版的Shine到Shine 2發(fā)展過程中誰是贏家誰又是輸家。
圖2：Misfit非常友好地提供了結(jié)構(gòu)分解圖。當(dāng)后電池蓋板轉(zhuǎn)到閉鎖位置時(shí)，它能在橡膠環(huán)周圍形成緊致的密封圈，從而使設(shè)備支持50米的防水深度。
雖 然Shine 2相當(dāng)漂亮，但奇怪的是小冊(cè)子中信息相當(dāng)少。我只得求助YouTube去搞清如何打開后面的電池蓋。實(shí)際上一旦你知道后就很簡單。事實(shí)上，如何將固定 PCB板的中央黑環(huán)取下來才是難點(diǎn)。它用4顆直徑只有1.5mm的微型六角螺釘緊緊地固定在前表盤上。我的工具箱里沒有能用得上的。Misfit不太想讓 這個(gè)手環(huán)被打開。
因此，星期六整個(gè)下午都用來尋找手表修理專家了。在第四次嘗試時(shí)終于被我找到了。他也沒有合適的工具，但和我一樣固執(zhí) (這關(guān)乎自尊，該死的！)，然后他用抽屜里極小的幾乎看不見的工具中最相近的工具成功進(jìn)行了“破 解”?？匆晃凰囆g(shù)家工作總是一件有趣的事，我當(dāng)時(shí)應(yīng)該拍張照片來的。
圖3：最困難的部分是將幾顆特別小的螺釘取出來，不過一旦打開后，Shine 2幕后的策劃者——Ambiq Micro和Dialog Semiconductor就清晰呈現(xiàn)在我們面前。
將電路板放在顯微鏡下，低功耗是怎么實(shí)現(xiàn)的很快就一清二楚了。藍(lán)牙4.1接口來自Dialog Semiconductor公司的SmartBondTM DA14581——DA14580 SoC的優(yōu)化版本。
DA14581開發(fā)時(shí)是將A4WP無線充電和主控制器接口(HCI)應(yīng)用考慮在內(nèi)的。然而，Shine 2并不使用可充電電池，因此A4WP功能是多余的。
圖4：Dialog Semiconductor公司的DA14581是Shine 2的藍(lán)牙4.1連接核心。當(dāng)全部功能打開時(shí)它的峰值電流也只有4.9mA，在擴(kuò)展睡眠模式下耗電不到2 μA。
鑒 于對(duì)在如此尺寸和功耗受制約的應(yīng)用中還有多余的功能感到奇怪，我問Dialog Semiconductor公司首席現(xiàn)場應(yīng)用工程師Tushar Rath，Misfit為什么會(huì)選擇DA14581而不是選擇僅提供低功耗藍(lán)牙的基本產(chǎn)品。他回答說：“這是因?yàn)镈A14581仍然能提供最低的功耗—— 在收發(fā)時(shí)的峰值電流為4.9mA，擴(kuò)展睡眠模式下的電流不到2 μA——進(jìn)而能實(shí)現(xiàn)最長的電池壽命。”
他補(bǔ)充道，DA14581還勝在尺 寸和集成度方面——只有6個(gè)外部元器件，并且集成了平衡不平衡轉(zhuǎn)換和電源管理功能。此外，DA1458x系列產(chǎn)品是為多種應(yīng)用設(shè)計(jì)的，包括Shine 2內(nèi)部這種只有無線電功能的應(yīng)用。低功耗藍(lán)牙堆棧位于芯片的ROM中。“支持A4WP只是意味著，工作在中心模式時(shí)，我們實(shí)現(xiàn)A4WP要求可以有更快啟動(dòng) 時(shí)間和更多并發(fā)連接。”Rath指出。實(shí)現(xiàn)A4WP無線充電解決方案還需要其它元器件：在Shine 2中，A4WP功能處于休眠狀態(tài)。
Dialog公司已經(jīng)有一系列衍生芯片，并將有更多“令人興奮的新產(chǎn)品”陸續(xù)推出，Rath透露。
Apollo和電源管理技術(shù)
與 DA14581一樣讓人感興趣的是Ambiq Micro Apollo MCU，它是負(fù)責(zé)整體處理和電源管理的大腦和心臟。這么說吧，在與Ambiq公司營銷總監(jiān)Keith Odland的交流中我們才知道，Shine 2中的Apollo實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為智能電源管理領(lǐng)域中的一個(gè)案例研究。
圖5：作為EEMBC ULPBench基準(zhǔn)的贏家，帶512KB閃存的Apollo MCU是針對(duì)低功耗全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，采用了Ambiq公司的亞閾值工藝技術(shù)。
讓 我們從Apollo MCU自身講起吧。它包含一個(gè)帶浮點(diǎn)單元的ARM Cortex M4F 32位內(nèi)核、一個(gè)喚醒中斷控制器，最高工作頻率是24MHz。周圍是512KB的閃存、傳感器外設(shè)、電壓監(jiān)視功能、串行通信(GPIO、UART、 I2C、SPI主/從)和精度為±2℃的片上溫度傳感器。
在所有功能都運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，Apollo在從閃存執(zhí)行指令時(shí)的功耗也只有34μA/MHz，睡眠模式下消耗的電流為140nA。
我知道它的低功耗性能使得Apollo MCU在“私底下的”ULPBench測試中大放異彩——擊敗了所有其它競爭對(duì)手，包括意法半導(dǎo)體和TI，性能甚至超過了競爭對(duì)手的2倍。
Apollo使用了Ambiq公司專有的亞閾值功耗優(yōu)化技術(shù)(SPOT)——使用這種技術(shù)的晶體管不是完全“導(dǎo)通的”，工作點(diǎn)位于偏置曲線上，從而可以實(shí)現(xiàn)最低的功耗。
雖 然這種技術(shù)推出已經(jīng)有許多年了，但維持這個(gè)工作點(diǎn)所要求的代工廠工藝溫度穩(wěn)定性直到最近才適合大批量生產(chǎn)。Ambiq與臺(tái)積電通過通力合作終于在 Apollo中實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目的。雖然工藝是關(guān)鍵，Ambiq還是增加了自己的溫度和電壓監(jiān)視器以及其它私有技術(shù)來確保穩(wěn)定性。這種技術(shù)不是一夜就成功的， 前前后后花了至少10年的時(shí)間。
不過，據(jù)Odland透露，這種技術(shù)現(xiàn)在不只用于MCU，還可用于無線電、模擬前端和傳感器。這很關(guān)鍵，他表示，因?yàn)橛脩舨辉贊M足于每次僅15%的節(jié)能進(jìn)步，“他們需要質(zhì)的飛躍，以便性能達(dá)到一個(gè)全新的水平。”
圖6：Ambiq的亞閾值功耗優(yōu)化技術(shù)使晶體管工作在沿“關(guān)斷”與飽和之間曲線的下方區(qū)域，確保功耗最小。
借助SPOT技術(shù)，Ambiq相信公司在MCU之外也能取得顯著進(jìn)步。“我們有微控制器產(chǎn)品和其它器件，我們?cè)谄渌盗兄羞€將有其它產(chǎn)品。但這是一種技術(shù)平臺(tái)，而不只是一種微控制器平臺(tái)。”
從最初版Shine中踢走了誰？
為了充分了解幫助Shine 2在24/7的監(jiān)視工作狀態(tài)下仍然獲得6個(gè)月工作時(shí)間的電源管理技術(shù)，同時(shí)與最初版Shine相比增加了更多功能，讓我們先來看看誰不再留在Shine設(shè)計(jì)中。
圖7：最初版Shine中能看到TI的CC2501藍(lán)牙IC和Silicon Labs的EFM32“Gecko”MCU，但新增功能要求重新考慮功耗預(yù)算分配，因此給Ambiq和Dialog Semiconductor的進(jìn)入打開了大門。
最 初版Shine采用了Silicon Labs的EFM32 “Gecko” MCU和TI的CC2501 “SimpleLink” 2.45GHz Bluetooth Smart IC，后者還包含一種私有的無線鏈路。然而對(duì)Shine 2來說，Misfit想要增加許多其它功能，其中包括：
● 一個(gè)3軸陀螺儀(最初版Shine只有一個(gè)3軸加速度計(jì))
● 用于觸覺反饋的振動(dòng)電機(jī)
● 電容觸摸控制
● 多種顏色LED+驅(qū)動(dòng)器IC
當(dāng)然，Misfit想在增加所有這些功能的同時(shí)保持相同的功耗預(yù)算——一顆 CR2032鈕扣電池可用6個(gè)月——以及相同的外形尺寸。
這給Ambiq提供了極好的機(jī)會(huì)——當(dāng)時(shí)Ambiq已經(jīng)在與Dialog Semiconductor公司合作，優(yōu)化Apollo評(píng)估板和Apollo評(píng)估套件中的藍(lán)牙堆棧和兩款芯片之間的其它交互。
在 搞定交互功能后，Ambiq開始與Misfit合作，確保整個(gè)系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。在相同的外形尺寸條件下要用更低的功耗去做更多的工作，對(duì)Ambiq來 說這也是典型的用戶參與渠道，Odland表示。解決方案是檢查整體功耗預(yù)算，檢查新的Ambiq MCU的功耗，然后將剩下的份額分配給其它功能。
然 而，功耗的分配也意味著確保板子上的每個(gè)器件都要工作在最優(yōu)狀態(tài)，Odland指出，因?yàn)楣β嗜匀环浅Ｓ邢?。因此需要明白在手環(huán)沒有運(yùn)動(dòng)時(shí)哪個(gè)傳感器軸需 要“打開”，哪些軸需要“關(guān)閉”，而且要周期性地采樣而不是連續(xù)采樣。當(dāng)然，當(dāng)手環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器和MCU必須盡快蘇醒。其它技術(shù)包括利用MCU的FIFO 緩沖器，即通過等待直到傳感器填滿它才喚醒它處理數(shù)據(jù)。
復(fù)雜簡單化
Misfit Shine 2的優(yōu)雅掩蓋了背后技術(shù)的復(fù)雜性，甚至經(jīng)常讓人想當(dāng)然地認(rèn)為很簡單。然而，整體設(shè)計(jì)的成功不僅取決于技術(shù)，同樣取決于Misfit和其供應(yīng)商之間的合作伙 伴關(guān)系，這是一種復(fù)雜的交織的關(guān)系，他們必須壓榨出每個(gè)和每種設(shè)計(jì)的每份功耗，對(duì)可穿戴設(shè)備來說更是如此。
【推薦閱讀】
環(huán)境光檢測優(yōu)化便攜設(shè)備顯示屏設(shè)計(jì)方案
角度傳感器IC中的片載線性化功能
針對(duì)電子線路的電磁兼容性分析
提高汽車電器電磁兼容性的三大措施
電子式互感器面臨電磁兼容性考驗(yàn)
