近几年，可穿戴设备市场非常火热，人们一致看好可穿戴设备市场。最近Apple Watch的热销，让人们对可穿戴设备的前景更加充满信心。可穿戴设备种类有很多，并且在不断延伸，主要分为：应用类，如数字体温计和血氧仪等;健康类，如运动手环等;娱乐类，如智能手表和智能眼镜等。

图1 可穿戴设备分类

可穿戴设备构成

如图2所示，一个可穿戴设备包括四个部分：1、信号采集部分;2、信号处理器MCU;3、通信接口部分;4、电源部分。

图2 可穿戴设备构成

Maxim灵活、方便升级的可穿戴健康平台

过去几年因为智能手机和物联网的快速发展，Maxim公司一直专注于相关的新技术和新工艺、高度集成芯片的研发，这些新技术能很好应用于可穿戴设备。如图3所示，采用Maxim公司的解决方案，Maxim公司能够提供绝大部分可穿戴设备需要的芯片，包括传感器、数字传感器和模拟传感器、MCU集成芯片、集成电源芯片等。这些芯片都是基于Maxim公司的超低功耗技术，特别适用于有节能需求的可穿戴设备。下面会介绍Maxim公司应用于可穿戴设备的产品设计，包括微控制器、传感器和电源系统设计。

图3 Maxim的可穿戴健康平台

微控制器

微控制器是电子设备中一个核心器件，其重要性就像人的大脑一样。选择可穿戴设备的微控制器(MCU)，要注意几个关键技术：能够准确测量，在选择MCU的ADC或者外围单独ADC，注意ADC的有效数，保证能够进行精确测量;对外部进行可靠通讯;有数据加密或者认证的功能，保证安全性;低功耗，一部分是单片机的能效比较高，另一部分是单片机对MCU有电源管理功能，可以对周边外设暂时不用的电路，进行待机或者关闭管理，降低功耗，延长使用寿命。

MAX32600(Wasp)是专门针对健康可穿戴设备电池开发的微控制器，由图4可看出，MAX32600是集成了健康传感器模拟前端(AFE)和先进的硬件安全的超低功耗ARM Cortex-M3 32位MCU，工作频率高达24MHz。具有数据校验和数据加密功能。

关键特性和优势：

ARM™ Cortex-M3 at 24MHz;

灵活的外设管理单元减少了功耗;

16bit，500ksps ADC with PGA;

2×12bit和2×8bit DACs和4个比较器/放大器;

丰富的通讯外设;

值得信赖的安全保护;

多种封装选择：CTBGA/WLP;

功耗低;

集成高精度模拟前端;

安全性高。

图4 MAX32600框架图

图5 MAX32600模拟前端(AFE)框图

图6 MAX32600开发工具

图7 基于MAX32600设计的T-shirt

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传感器

传感器是可穿戴设备中的关键部件，有很多种类，包括生物传感器、陀螺仪、温度和色温传感器等。Maxim公司前几年专注于可穿戴设备的传感器的研发，并发布众多产品。

MAX21100是单芯片“3轴陀螺仪+3轴加速度计”的惯性测量单元(IMU)，它集成了具有自主专利的运动合成引擎(MME)实现9轴传感器合成,适用于手机和平板电脑的应用、游戏控制器、运动的遥控制以及其它消费设备。

MAX21100的关键特性

全集成、低功耗、运动合成引擎采用超快速、低功耗(50µA)的Maxim拥有专利的算法实现了高精度9DoF传感器合成，提供：四元输出、重力和航向输出;

高数据速率输出(ODR)的加速度计(高达2kHz)和陀螺仪(高达8kHz);

四种可选满量程的陀螺仪(250/500/1000/2000dps)和加速度计(2/4/8/16g);

标准(100kHz)、快速(400kHz)和高速(3.4MHz)的I2C串行接口—10MHz SPI接口;

128字节(64×16位)内置多模式FIFO;

唯一的48位序列号芯片ID;

低噪声模式下电流为5.65mA，MME激活下经济模式的电流为3.45mA;

关断模式下耗电为1.2µA;

从关断模式下的开启时间为45ms，从待机模式下的开启时间为4ms;

在整个温度和时间范围内具有高稳定度：偏移稳定度为4°/h;

高抗冲击(10000g冲击容限)。

图8 MAX21100的系统框图

可穿戴设备电源设计

可穿戴设备用电特点是：采用24/7法则，即每天工作24小时，每周工作7天;处于长时间待机，测量和数据传输时间非常短;电池容量仅为智能手机的10%，最多也就20%。由于可穿戴设备的特殊用电特性，给可穿戴设备电源设计带来巨大挑战：

极低的静态工作电流，几个µA甚至nA级;

极为有限的电路面积;

精确的充电及用电管理;

低功耗高效率;

EMI和热噪声。

针对可穿戴设备电源设计挑战和难点，减少设计工程师的设计负担，Maxim公司开发出多款可穿戴设备集成电源芯片，其中MAX14690/MAX14676两款电源管理芯片是其中代表性产品，特性如图9和图10所示。

图9 MAX14690超低静态电流集成电源管理芯片

图10 适合可穿戴设备超低静态功耗，小面积电源管理芯片MAX14676

总结

根据市场研究机构IDC预计，未来几年，智能手表、健身手环等可穿戴设备将驶入快车道，到2019年，全球可穿戴设备出货量将达1.261亿部。在未来，可穿戴设备将会让我们的生活、感知发生很大的转变。Maxim公司基于超低功耗技术的微控制器、传感器和电源系统设计等产品，可以满足可穿戴设备的设计需求。

精彩问答

问：max3260的功耗大概多少?

答：有4种模式供电，总的功耗很低。

问：Maxim公司有心律传感器吗?

答：Maxim公司有自己的心率和血氧传感器：MAX30101。

问：有没有电池检测功能?

答：没有单独的，但可以监测供电情况。

问：Maxim公司将自己的安全算法融入可穿戴设备芯片中了吗?

答：已嵌入MAXIM的MCU中。

问：MAX32600的检测精度如何?

答：MAX32600里16bit的ADC和12位的DAC，分辨率为1/645535和1/1024。

问：Maxim公司的可穿戴产品使用什么开发平台?有哪些优点?

答：主要用Maxim公司的ARM3和ARM4，MAXIM公司有专门开发好的平台minstral。

问：提升性能的同时会带来哪些方面的问题?

答：很多时候，要在性能和功耗间做个折中。美信产品的特点是：用比较低的功耗可以获得比较好的性能。

问：Maxim公司在低功耗方面作出了很多成果，在特定应用方面做了很多优化，请问这些传感器的通信是根据什么因素决定接口通信模式是I2C、SPI或单总线?

答：通常根据速度。SPI速度高于I2C速度高于单总线速度。

问：我开发一款手术附属品需要用到压力、温度及出血等传感器。想问一下如何解决体表噪音问题?如何配置前端调理电路?

答：噪音通过调理电路来去除减少，Maxim公司前端电路可以很好的配置成各种要求，比如滤波、放大、低噪等。

问：MAX32600产品的通讯方式是什么?

答：基本几种常用有线都有，I2C、SPI、UART、USB、无线BLE。

问：心律传感器传送是什么信号?

答：通过I2C接口，把数字信号送到MCU。

问：Maxim公司的“可穿戴平台”是使用哪种开发环境?

答：都可以使用，目前用在Broadcom、Freescale、ST还有TI平台上。编译环境有IAR、Keil WICED。

问：MAX14676的效率能做到多少?输入输出电压范围是多少?

答：MAX14676里集成很多LDO，效率取决于输入电压-输出电压的压差。通常评估这类芯片不用效率，而是用静态电流。MAX14676的静态电流小于1µA。MAX14676是一个PMIC,有多路输出，输入电压就是电池电压，charge端口有28V的OVP保护，输出电压需要查询每一个端口。

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