全球可穿戴设备产品功能分析报告

智能终端的一大特征就是便捷的连接性,无论是电脑还是智能手机,互联性都作为设备的重要功能,穿戴式设备也不例外。从目前的情况来看,穿戴式设备较多作为现有设备的附属设备进行工作,例如三星的GalaxyGear智能手表需要与自家厂商的GalaxyNote3智能手机进行连接工作,JawboneUP手环也需要将数据通过耳机插槽与手持设备进行交互。但未来随着穿戴式设备的系统集成化、功能丰富化、性能高速化的趋势发展,设备与设备间的互联性也将成为重要的组成部分之一。

在穿戴式设备上,低功耗、高速率的传输将作为互联性功能器件的要求,同时低功耗的苛刻程度将尤为明显。设备首先要保证长时间的续航能力,才能保证设备的互联性,因此在在设备上使用的互联器件在保证低功耗的同时才会考虑提高传输功率与性能。

这一点都在蓝牙版本升级的发展路径上尤为明显,从最初的蓝牙1.1、1.2到最新的蓝牙4.0技术版本,每一次升级都在保证功耗的基础上提升性能,或是在性能维持的情况下大幅降低功耗,借此来提升设备的互联能力。此外,无线充电技术随着穿戴式设备的种类愈加丰富以及美观减少接口数量的需求也将一展身手。

图1:目前主流蓝牙技术规格

目前NFC、蓝牙、WIFI等技术作为现有设备的互联技术将在未来的穿戴式设备发展中再掀需求的浪潮,前两者适用于移动支付、快速适配等短距离小数据的功能应用,而后者将作为穿戴式设备上娱乐需求与实时交换等大数据应用中的首选技术。在蓝牙4.0低功耗版本、802.11ac等低功耗、高传输技术的推动下,互联性器件公司将充分收益。

图2:未来蓝牙Appcessories(蓝牙模块+蓝牙APP)出货量预测

作为设计成每时每刻形影不离的设备,穿戴式除了满足传统设备的基本功能外,更应该实时监测并收集反馈用户的日常位置信息、速度信息、方向信息,甚至是体征信息,借以完成LBS服务及体感健康舒适程度的测量收集工作。这就需要监测性器件来完成这一重要功能,传感MEMS(微机电系统)与生物MEMS将“肩负”这一功能。

MEMS(微机电系统)以半导体技术为基础,将微电路及微机械按功能要求在芯片上进行集成,具有重量轻、体积小、能耗低、谐振频率高、响应时间短等诸多优势,易于批量生产及集成化,完全符合在穿戴式设备设计及应用上的需求。

传感MEMS将通过压电、热电耦、谐振等敏感元件将物理信号转换成电信号,可以用来测量速度、压力、湿度、磁力等各种物理信号并转化为智能终端可识别的信号进行收集分析,常见的传感MEMS包括加速仪、陀螺仪、压感仪及温度仪等,在目前的智能手机、遥控器、游戏手柄等设备上已有相当程度的应用,而在穿戴式设备中更是必不可少的器件。

加速仪有单轴或多轴分类,可以测量用户的速度变化及重力;陀螺仪主要测量旋转的角度及角速度和旋转情况;压感器用于测量施加于设备上的压力情况,包括人为压力与气压等自然压力。在大部分穿戴式设备中,测量人体的运动情况及环境情况将成为基本配置及用户购买的首要目的,因此传感MEMS未来的成长空间十分巨大。

图3:MEMS加速仪工作原理简易示意图

图4:MEMS陀螺仪工作原理简易示意图

生物MEMS是通过微电子与化学生物微型分析和检测芯片或仪器制造,将驱动泵、微控制阀及检测器等元器件微缩在功能芯片上,分析用户的体征健康信息。生物MEMS常用于指纹检测、体征监测、血液测量及微型泵等功能,无论在健康方面还是在安全性方面生物MEMS都会对穿戴式设备产生重大影响。

健康方面,通过生物MEMS的体征检测能帮助用户及时了解和认知身体情况,有助于预防疾病及其他健康问题的产生,也有助于医疗机构对于病人的实时监控及治疗,对于儿童及老人的监护照顾起到重要的作用,JawboneUP智能手环已经将能够检测用户的睡眠质量和睡眠时长,而微软开始测试的“Joule”智能设备,将心脏监测仪设计成腕带式,将可穿戴式设备与医疗设备的融合程度推向了新的高度。

在安全性方面,生物MEMS可以通过人体特征的检测对终端设备进行加密,相较于传统加密手段更难以破解、安全保障程度更高,而苹果就是此技术最好的践行者。在最新发布的iPhone5S产品中,苹果率先引入了指纹识别技术,通过此技术用户只需要在主页键上按下手指,设备就会自动扫描指纹与机器预存的指纹数据想匹配,完成解锁功能。

对于先前的数字加密方式,指纹扫描由于生物特征的复杂性,将更难以用暴力破解等传统的方式进行解密,从而对于未来设备及其中信息的安全保障能力进一步提升。生物MEMS的应用将取代目前的传统密码而日后成为首要的信息安全认证方式。

图5:iPhone5S中的指纹识别芯片

图6:可检测青光眼眼压的生物MEMS传感器

在功能性要求上的延伸促使穿戴式设备及器件在续航、互联、监测方面进行探索和发展,而在体感性触发的要求将从触觉、视觉、声觉上带来的行业的变化。

触觉上的要求使指用户需要穿戴式设备易于日常携带,因此在触觉上要求设备不仅轻巧而且坚固,而且对于大部分穿戴式产品来说要求贴合用户佩戴的体型,所以对于产品除了功能器件的体积与重量的轻便化之外,元器件的载体——外观件与结构件的材料选择与制作亦不容小觑。高延展性、轻巧美观、散热性能好的外观结构件将作为穿戴式设备的重要组成部分使得整个设备如虎添翼,无论佩戴舒适程度、外表的美观程度还是产品的寿命都将大大提升,而从目前来看,金属外观结构件将成为完成这样期待的不二之选。

由于金属具有延展性好的特点,将便于厂商制造适合不同类型用户体型的设备,并且对于通用性产品用户也可以日常使用中进行外形的微调,同时金属断裂前在塑性变形和裂纹扩展时吸收能量的能力上佳,对于穿戴式设备的内部元器件的保护也起到十分理想的效果。

另外,穿戴式设备由于体积小、元器件集成的密度高,并且这两种趋势在未来会愈发明显,直接导致的后果就是产生热量越来越大,而散热情况由于集成度高企会越发严峻,而金属是天然的导热材料,将有助于产品的尽快将内部的热量传导至外部,提升产品性能并延长产品质量。综合来看,金属材料在穿戴式设备市场中的得到极为广泛的应用,具有金属材料外观结构件加工制造的公司将充分受益于此。

外观件要做到随身携带贴身使用,其中的“纽带”自然也需要达到这一要求,这样的“纽带”便是将各元器件连接成一体的集成电路板,与传统产品不同的是,要做到这一要求,PCB心有余而力不足,FPC(柔性电路板)才能在此舞台“大展拳脚”。FPC相对于传统PCB产品可有效降低产品体积,增加携带性的便利性,质量也较其轻。厚度方面去除接口插座的补强板,一般在40-70um左右,需要提供结构复杂的设计时多层FPC叠加也能有效控制体积与质量,对于穿戴式设备整体产品的设计与参数控制将起到非常重要的作用。

图7:柔性电路板成品

图8:六种柔性电路板结构图

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