例如，讓我們仔細思考
，在靈巧的可穿戴式設計中如何兼顧尺寸、電池壽命和功能，同時又不忽視可穿戴設備的特殊性：包括它們的個性化功能和吸引力。我們以“功 能單一”類型的可穿戴設備為例——一個沒有屏幕、紐扣電池供電的計步器，可以在當用戶需要運動時提醒用戶，同時也能夠保持跟蹤一整天的步數。一個簡單的電 容感應觸控接口實現用戶輸入，一個三色LED提供剛好夠用的富有表現力的輸出，這使產品可以提供方便且具吸引力的個性功能。這個產品設計展示了功能強大的 IC如何塞入小型封裝中，有助於促進創新和產品差異化。

 

 

讓(rang)我(wo)們(men)先(xian)來(lai)勾(gou)畫(hua)出(chu)產(chan)品(pin)的(de)基(ji)本(ben)需(xu)求(qiu)。在(zai)定(ding)義(yi)了(le)功(gong)能(neng)集(ji)之(zhi)後(hou)，我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)選(xuan)擇(ze)負(fu)責(ze)各(ge)項(xiang)功(gong)能(neng)的(de)組(zu)件(jian)。這(zhe)是(shi)一(yi)款(kuan)精(jing)簡(jian)到(dao)隻(zhi)剩(sheng)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)的(de)計(ji)步(bu)器(qi)。沒(mei)有(you)提(ti)供(gong)屏(ping)幕(mu)
、蜂鳴器或者iPhone應用程序
，該設備有意突出它的簡樸和小尺寸。它的用戶接口同樣簡潔明了。

 

 

最小化可實現的外形尺寸：帶有外殼的產品應當在各項尺寸上盡可能接近CR2032電池的大小，因此用戶能夠在口袋中攜帶該設備

，或者掛到他們的鑰匙鏈上。

用戶輸入：在紐扣電池形狀殼體的一側，提供能夠識別如下輸入的電容觸摸接口：

滑動：解除提示用戶需要起立的報警

輕敲並保持：開啟新的一天（複位計步器）

輕敲：檢查一天中的步數

簡單的輸出：在殼體某處裸露的LED提供所有輸出：

紅色：定時的短閃爍表示用戶已經保持不動太長時間了

綠色雙閃：當用戶開始新一天時通過輕敲並保持動作觸發

1秒鍾紅/黃/綠輸出：指示一天內達到33%

、66%和100%步數的百分比
，在輕敲觸摸接口後持續幾秒鍾

 

 

CR2032 電池的直徑是20mm，高度是3mm。很顯然，我們的係統必須比它稍微大些，但是我們如何在現實中實現可穿戴設備的小型化呢？讓我們假設產品的塑料外殼能 夠做的非常薄

，因此在直徑上它增加的長度不會超過5mm，同時易於支持電池更換。對於高度
，我們如何最小化該設計的高度並保持大致紐扣電池那樣的尺寸呢？ 在產品的垂直堆疊中，它的高度由四種器件尺寸構成：電池、印製電路板（PCB）、PCB上的器件和產品的塑料外殼。對於四層PCB來說
，PCB厚度大約為 0.5mm。而如何最小化焊接到該PCB上的器件高度需要仔細進行型號選擇。這時尋找高性能的芯片級尺寸封裝的器件對於我們的設計來說至關重要。

 

 

晶圓級芯片尺寸封裝（WLCSP）代表了製造和芯片組裝技術中多年持續進步的成果。在WLCSPfengzhuangzhong
，guibeizhijielianjiedaofengzhuangyicedehanqiushang，yuzhixiangfan，jiuyoujishutongguobangdingxianlianjieguiduankouhanpandaofengzhuangyinjiao。zhezhongshejideyingxiangshifengzhuangnenggoushejichengkuanduhegaodudoujiejinneibuguipianzishenchicundedaxiao。

 

IC 供應商們爭相發布WLCSP的封裝支持現有的多種設備，從而獲得極小封裝類型的好處。此時會出現的挑戰是：一些廠商的矽片相當大
，以至於它在獲得更小尺寸 的封裝上沒有競爭力。來自Silicon Labs的EFM8SB1 MCU非常適合CSP封裝類型，這是因為雖然該MCU有極高的功能密度
，但是它已經適應小封裝尺寸（例如3mm×3mm QFN封裝）。EFM8SB1 WLCSP封裝尺寸僅為1.78mm×1.66mm。

 

EFM8SB1 MCU成為這個設計和其他可穿戴設計的理想選擇，它的關鍵特性包括：

• 8位MCU提供超低功耗
、高靈敏度電容感應輸入。

• 片上實時時鍾能夠周期的從超低功耗（~300nA）狀態喚醒係統。在這個設計中
，這個時鍾的一個用途就是測量從最近一次走動以來的時間

，並發送活動通知去鼓勵用戶站起來並走動。

• 2-8kB閃存和512字節的RAM維持在整個低功耗周期內，結合25MHz的8051內核使這個小設備具有執行邏輯和進行多種係統響應的能力。

 

接下來是計步器的選擇。為了充分利用CSP封裝的MCU所帶來的超薄特性
，所有板上的集成電路理論上也要選擇CSP封裝的器件。出於這個原因，我們的板上加 速計理論上也應當支持CSP封裝。最新發布的Bosch BMA355提供高集成度的傳感器，在片上實現多種三軸事件監測，可以通過SPI接口與EFM8 MCU進行通信交互的事件。

 

因為兩個IC器(qi)件(jian)以(yi)及(ji)必(bi)要(yao)的(de)幾(ji)個(ge)分(fen)立(li)被(bei)動(dong)器(qi)件(jian)都(dou)能(neng)夠(gou)采(cai)用(yong)超(chao)薄(bo)封(feng)裝(zhuang)，因(yin)此(ci)產(chan)品(pin)的(de)塑(su)料(liao)外(wai)殼(ke)可(ke)製(zhi)成(cheng)超(chao)薄(bo)的(de)並(bing)且(qie)靠(kao)近(jin)電(dian)容(rong)感(gan)應(ying)麵(mian)
，從(cong)而(er)優(you)化(hua)觸(chu)摸(mo)靈(ling)敏(min)度(du)。其(qi)產(chan)品(pin)外(wai)殼(ke)甚(shen)至(zhi)能(neng)夠(gou)在(zai)靠(kao)近(jin)電(dian)容(rong)感(gan)應(ying)焊(han)盤(pan)區(qu)域(yu)有(you)輕(qing)微(wei)的(de)錐(zhui)度(du)，以(yi)壓(ya)縮(suo)板(ban)上(shang)PCB和板上器件之間形成微小的空間間隙。

 

 

使用CSP封裝器件最大化的電路板空間，使得我們能夠在PCB上實現電容感應接口。MCU和加速計應集群分布在大體成圓形的PCB一側的邊緣，連同可以裸露的LED一起。當然LED可能需要在設備的封裝殼上開孔來展現。

 

為wei了le檢jian測ce手shou指zhi滑hua動dong，電dian路lu板ban必bi須xu有you兩liang個ge電dian容rong傳chuan感gan器qi


，理li論lun上shang是shi相xiang同tong尺chi寸cun的de兩liang個ge傳chuan感gan器qi，沿yan著zhe他ta們men相xiang同tong的de邊bian沿yan輕qing微wei的de交jiao錯cuo開kai。這zhe兩liang個ge傳chuan感gan器qi應ying當dang占zhan去qu板ban上shangMCU側的大部 分fen麵mian積ji，然ran而er它ta們men應ying當dang被bei第di三san個ge細xi小xiao的de傳chuan感gan器qi圍wei繞rao
，同tong時shi這zhe第di三san個ge傳chuan感gan器qi也ye圍wei繞rao著zhe其qi他ta兩liang個ge傳chuan感gan器qi。這zhe第di三san個ge傳chuan感gan器qi在zai用yong戶hu交jiao互hu過guo程cheng中zhong提ti供gong我wo們menMCU在進行觸摸和 滑動檢測過程中所需要使用的關鍵信息。

 

 

可穿戴設備的極度便攜性意味著這些設備通常放在身上或者手中。對於測量傳導物質（例如手或者皮膚）接近的設備來說
，被設備檢測到的接近恒定的人體接觸可能導致觸摸檢測問題。幸運的是，該設計中所選擇的MCU和加速計的特點幫助開發人員克服了這些挑戰。

 

雖sui然ran該gai係xi統tong有you三san個ge電dian容rong傳chuan感gan器qi
，但dan是shi實shi際ji上shang它ta有you四si個ge觸chu摸mo輸shu入ru。加jia速su計ji提ti供gong了le中zhong斷duan驅qu動dong的de輕qing敲qiao探tan測ce器qi，能neng夠gou通tong過guo固gu件jian檢jian測ce觸chu摸mo事shi件jian並bing且qie以yi多duo種zhong方fang式shi提ti供gong接jie口kou給gei我wo們men。憑ping借jie加jia速su器qi輕qing敲qiao檢jian測ce器qi的de優you勢shi
，由youEFM8SB1 MCU檢測的觸摸經過以下階段：

• 在zai設she備bei邊bian沿yan處chu的de邊bian界jie傳chuan感gan器qi處chu檢jian測ce到dao正zheng向xiang增zeng量liang，執zhi行xing一yi個ge輸shu入ru使shi用yong案an例li，這zhe是shi用yong戶hu沿yan著zhe設she備bei的de邊bian沿yan拿na著zhe設she備bei，或huo者zhe用yong手shou掌zhang完wan全quan圍wei繞rao設she備bei邊bian沿yan握wo持chi，馬ma上shang接jie下xia來lai是shi：

• 輕敲檢測事件由加速計發出，同時與下列事件保持一致

• 在中心的電容傳感器其一或全部檢測到顯著幅度的正向增量

 

MCU的固件可以通過Silicon Labs Simplicity Studio開發環境提供的電容感應固件庫實現所有電容感應觸摸檢測和過濾。

 

 

加 速計和MCU都能夠被配置在低功耗模式下操作。電容感應固件庫使得EFM8SB1 MCU能夠進入~300nA的睡眠模式，並且周期性的喚醒去檢查電容傳感器上的活動事件。如果加速計發信號通知事件已經檢測到並且數據已經準備就緒
，那麼 MCU也能夠使用端口匹配喚醒事件去異步喚醒。

 

EFM8SB1 MCU將保持在低功耗狀態，並且僅僅消耗不到1µA電流
，除非有下列情況之一發生：

觸摸檢測事件需要對電容感應輸入監視進行更多響應

加速計活動事件（例如輕敲檢測或者腳步檢測中斷）需要MCU喚醒去服務這些中斷

運動通知事件，設備開關LED去鼓勵用戶站起並走動

 

yucitongshi，jiasujibeipeizhilaishixingzuididegonghaocaozuozhuangtai，tongshijinjinzaiqingqiaoshijianhuozhezaisanzhouzhiyijiancedaobianhuashicaifasongxinhao。danshipianshanghuancunshujunenggouzuixiaohuaMCU和加速計之間的交互次數，進一步優化電池使用壽命。

 

MCU從加速計讀出緩衝數據之後，一些附加的檢查和分析必須被執行以確定是否有後續步驟。一旦三軸數據與存儲在EFM8SB1設備上的曆史數據相比較後，MCU可以更新其計步器
，並且快速返回到低功率狀態。

 

下一步？
 

本示例中展示了可穿戴設備領域內“單一功能”類型的終端產品。在示例中CSP尺寸的集成電路操作所帶來的功能密度、精確度和能效也說明了如何使用和控製這類 IC。例如
，在可穿戴設計中描述的產品可以被視為更大產品中的一個子係統
，其中芯片尺寸的MCU可作為低功耗傳感器集線器運行，去管理觸摸接口和加速計。 隨著矽芯片供應商設法集成更多特性到更小封裝中
，需要係統開發人員充分利用這些創新去獲得產品設計的靈感。