【導讀】Misfit Shine 2相比第一代Shine更薄、更強大也更智能。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，含有玻璃纖維增強聚碳酸酯，并且設(shè)計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進度，然后顯示時間。當然你也可以選擇先顯示時間再顯示進度。
照片由CNET提供。
Shine 2手環(huán)厚8mm，直徑30.5mm，重8.5g(含電池)。它的防水等級可達50米，使用一個3軸加速度計和一個磁強計檢測運動。
手環(huán)的振動告警功能可以提供狀態(tài)反饋和提醒/告警。對于配對的蘋果手機(iOS7或以上)或安卓手機(果凍豆)來說，不論是放在手提包內(nèi)還是處于靜音模式，這個功能對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 手機的連接是通過藍牙4.1無線電實現(xiàn)的，運動檢測則是由一個3軸加速度計和一個磁強計共同完成。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，還因為這家公司通過選用可以持續(xù)工作六個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一段時間，我覺得頻繁充電絕對是個缺點。
事 實表明，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)計幾乎被很差的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計給毀了，這個結(jié)構(gòu)是要將手環(huán)固定在表帶內(nèi)。第一個手環(huán)就是有次在黑乎乎的劇院里因為蹭到夾克袖口而被刮飛了。具 有諷刺意味的是，Shine 2應(yīng)該是想用安全夾來解決這個臭名昭著的“飛行Shine”問題(圖1)。實際上安全夾不起作用，但現(xiàn)在已經(jīng)沒有什么意義了，因為Misfit已經(jīng)在推出 Ray時解決了這個問題——Ray是該公司前不久在拉斯維加斯消費電子會議(CES)上發(fā)布的一款健康監(jiān)測器的全新設(shè)計。
圖1：這款手環(huán)的漂亮設(shè)計以及一塊CR2032 3V鈕扣電池能夠連續(xù)工作6個月的特性，使得Misfit Shine 2在DesignCon上成為了EDN的拆解目標。
雖然接觸Shine 2的時間不長，但我發(fā)現(xiàn)它計時相當精確，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來時的手腕振動提醒。
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、低功耗特性和強大功能到底是怎么實現(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。當后電池蓋板轉(zhuǎn)到閉鎖位置時，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相當漂亮，但奇怪的是小冊子中信息相當少。我只得求助YouTube去搞清如何打開后面的電池蓋。實際上一旦你知道后就很簡單。事實上，如何將固定 PCB板的中央黑環(huán)取下來才是難點。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 這個手環(huán)被打開。
因此，星期六整個下午都用來尋找手表修理專家了。在第四次嘗試時終于被我找到了。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行了“破 解”?？匆晃凰囆g(shù)家工作總是一件有趣的事，我當時應(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，低功耗是怎么實現(xiàn)的很快就一清二楚了。藍牙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的藍牙4.1連接核心。當全部功能打開時它的峰值電流也只有4.9mA，在擴展睡眠模式下耗電不到2 μA。
鑒 于對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為什么會選擇DA14581而不是選擇僅提供低功耗藍牙的基本產(chǎn)品。他回答說：“這是因為DA14581仍然能提供最低的功耗—— 在收發(fā)時的峰值電流為4.9mA，擴展睡眠模式下的電流不到2 μA——進而能實現(xiàn)最長的電池壽命。”
他補充道，DA14581還勝在尺 寸和集成度方面——只有6個外部元器件，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，我們實現(xiàn)A4WP要求可以有更快啟動 時間和更多并發(fā)連接。”Rath指出。實現(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，它是負責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實現(xiàn)已經(jīng)成為智能電源管理領(lǐng)域中的一個案例研究。
圖5：作為EEMBC ULPBench基準的贏家，帶512KB閃存的Apollo MCU是針對低功耗全新設(shè)計的產(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。它包含一個帶浮點單元的ARM Cortex M4F 32位內(nèi)核、一個喚醒中斷控制器，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。
在所有功能都運轉(zhuǎn)的情況下，Apollo在從閃存執(zhí)行指令時的功耗也只有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手，包括意法半導體和TI，性能甚至超過了競爭對手的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“導通的”，工作點位于偏置曲線上，從而可以實現(xiàn)最低的功耗。
雖 然這種技術(shù)推出已經(jīng)有許多年了，但維持這個工作點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與臺積電通過通力合作終于在 Apollo中實現(xiàn)了這個目的。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，因為用戶不再滿足于每次僅15%的節(jié)能進步，“他們需要質(zhì)的飛躍，以便性能達到一個全新的水平。”
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步。“我們有微控制器產(chǎn)品和其它器件，我們在其它系列中還將有其它產(chǎn)品。但這是一種技術(shù)平臺，而不只是一種微控制器平臺。”
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個月工作時間的電源管理技術(shù)，同時與最初版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)計中。
圖7：最初版Shine中能看到TI的CC2501藍牙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Shine 2來說，Misfit想要增加許多其它功能，其中包括：
● 一個3軸陀螺儀(最初版Shine只有一個3軸加速度計)
● 用于觸覺反饋的振動電機
● 電容觸摸控制
● 多種顏色LED+驅(qū)動器IC
當然，Misfit想在增加所有這些功能的同時保持相同的功耗預(yù)算——一顆 CR2032鈕扣電池可用6個月——以及相同的外形尺寸。
這給Ambiq提供了極好的機會——當時Ambiq已經(jīng)在與Dialog Semiconductor公司合作，優(yōu)化Apollo評估板和Apollo評估套件中的藍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器件都要工作在最優(yōu)狀態(tài)，Odland指出，因為功率仍然非常有限。因此需要明白在手環(huán)沒有運動時哪個傳感器軸需 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。當然，當手環(huán)運動時傳感器和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)。
復雜簡單化
Misfit Shine 2的優(yōu)雅掩蓋了背后技術(shù)的復雜性，甚至經(jīng)常讓人想當然地認為很簡單。然而，整體設(shè)計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，這是一種復雜的交織的關(guān)系，他們必須壓榨出每個和每種設(shè)計的每份功耗，對可穿戴設(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)計方案
角度傳感器IC中的片載線性化功能
針對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
