首页 > 资讯 > 智能设备设计概念与解决方案全面解析

智能设备设计概念与解决方案全面解析

泰然健康网
2025-05-20 23:09

探索智能设备的设计理念与解决方案
在科技日新月异的今天，电子产品正变得愈发小巧，同时被赋予了更多的智能化功能。网络连接已成为这些产品的标配，诸如小型蓝牙医疗保健设备、可穿戴设备、智能娱乐设备，以及增强现实（AR）和虚拟现实（VR）解决方案等，都在逐步塑造着人类的新生活。本文将深入剖析这些电子产品的设计理念，并介绍Silicon Labs推出的相关解决方案的产品特性。
设计理念：追求更智能、更小巧的蓝牙医疗保健与可穿戴设备
在科技的不断推动下，蓝牙医疗保健设备和可穿戴设备正变得越来越智能，体积也更为小巧。这些设备不仅为我们的生活带来了前所未有的便利，更在健康监测、运动追踪等方面发挥了重要作用。设计这些产品时，我们始终秉承着创新与实用的理念，力求为人类带来更健康、更便捷的生活方式。
在蓝牙医疗保健设备的设计过程中，优化物料表（BOM）是减小产品尺寸、提高设计灵活性和降低成本的关键。通过使用集成的蓝牙SoC和模块，并结合医疗保健应用所需的各种外围功能和特性，可以显著节省PCB尺寸，从而加速产品的开发与集成更多功能。

此外，集成式AI/ML加速器可进一步增强设备的智能控制功能。机器学习技术允许设备根据现有模型处理大量传感器数据，识别异常情况，并确定需要传输回云的数据。这种智能处理方式不仅节省了资源，还延长了电池寿命。

同时，人工智能技术在原居安老等应用中也发挥着重要作用。通过监测生命体征、查看数据变化、观察步态等，以及识别非正常模式，AI能为提供者提供关键的诊断数据，并向护理人员和亲人触发救生警报，为患者的生命安全和健康管理提供有力支持。

另外，产品中集成的模拟外围器件也是关键的一部分。例如，ADC在许多无线医疗保健设备和可穿戴设备中扮演着传感器测量和电池电源监控的重要角色。对于采用基于分离模拟前端（AFE）解决方案的连续血糖监测（CGM）和其他便携式医疗保健设备制造商而言，ADC和DAC这两种关键功能更是在芯片上不可或缺的组成部分。

低功耗设计，提升能源效率与电池寿命

DC-DC转换器在电池供电的医疗保健设备中扮演着至关重要的角色。升压转换器使得SoC能够利用碱性和氧化银等低压电池，其输入电压范围为8至7 V，从而确保蓝牙SoC在低电源电压下仍能稳定工作。而降压转换器则允许SoC采用3V电池，例如锂钮扣电池，进一步优化能源利用和延长电池寿命，甚至减小电池尺寸。

为了避免在关键健康应用中出现意外的电池耗尽情况，库仑计数器这种电荷计量器被广泛采用。它能够精确追踪电池电量，从而增强用户的安全感和使用体验。此外，低频RC振荡器也是蓝牙低功耗（LE）4 GHz应用中的核心组件，确保蓝牙低功耗SoC达到±500 ppm的睡眠时钟精度要求。

鉴于医疗保健设备和可穿戴设备的功率需求较低，设计时需在保持可接受的射频（RF）性能的同时，减少PCB层数和器件数量，以最大程度地降低蓝牙设备的功耗，进而缩小设备尺寸。

全球AR/VR设备市场展望

随着消费者日益以家庭为中心，工作、教育、医疗保健、购物和娱乐等活动都在家中进行成为可能。AR/VR技术的崛起打破了真实世界与数字世界的界限，为用户带来了沉浸式的体验。通过AR/VR头戴式显示器（HMD）和手持控制器，人们可以深入3D游戏和电影的世界，或在家中漫步于一个真实的虚拟购物中心，试穿新装或预览新家具。这些应用不仅提升了消费者的体验，还使我们的生活更加高效便捷。预计到2027年，全球AR/VR设备市场的复合年增长率将达到26%。

然而，可穿戴AR/VR设备面临着独特的无线设计挑战。它们必须节能以延长电池寿命和充电间隔，同时处理高带宽视频以提供自然的视觉效果。此外，VR控制器与HMD之间的通信延迟至关重要，必须实现最低延迟以确保对手势和动作的及时响应。

AR和VR应用提出了三个关键无线要求：低功耗、低延迟以及稳定的连接。能效对于改善电池供电和可充电设备如VR控制器、智能眼镜和AR/VR头戴设备的用户体验至关重要。同时，安全性也成为用户关注的焦点，因为HMD和VR控制器可能成为家庭网络遭受攻击的入口。
针对蓝牙无线连接与控制应用，Silicon Labs推出了多款高性能的SoC与模块。其中，EFR32BG22系列蓝牙低功耗SoC以其卓越的能效和接收器灵敏度脱颖而出，成为节能型智能娱乐设备的理想选择。这款SoC不仅尺寸小巧，仅为4 x 4 mm，还集成了Secure Vault安全功能，确保数据安全。此外，EFR32BG22和EFR32BG22E蓝牙低功耗无线SoC解决方案作为Wireless Gecko Series 2平台的重要组成部分，其设计在能源效率方面达到了新的高度。

EFR32BG27系列蓝牙低功耗SoC同样不容小觑。这款采用WLCSP（3 x 6 mm）和QFN封装的紧凑型SoC，支持高性能蓝牙低功耗标准。其DCDC升压功能提供了宽电压范围，而库仑计数器则能准确追踪电池电量。更值得一提的是，该系列无线SoC还支持PSA 2级安全性，为设备制造商提供了极小封装应用下的高性能与安全保障。
BG27蓝牙SoC具备DCDC升压功能，可在低至8伏的电压下稳定工作，兼容单节碱性和5伏钮扣电池。其唤醒引脚设计使得仓库或运输中的产品能长时间保持关闭状态，功耗低至仅20 nA，从而确保电池电量充足。此外，集成的库仑计数器能够精准监控电池电量，有效避免关键应用中的电池意外耗尽。BG27的目标应用广泛，涵盖互联医疗保健设备、可穿戴设备、传感器、开关、智能门锁以及商用和LED照明等领域。

EFR32BG24系列蓝牙低功耗SoC则是电池高效型智能可穿戴设备的理想之选。该SoC不仅集成了AI/ML加速器，还配备了获得PSA 3级认证的Secure Vault™安全功能，为物联网设备提供全面的安全保障。通过蓝牙低功耗和蓝牙网状网络技术，EFR32BG24无线SoC可实现稳定的物联网无线连接，非常适合用于智能家居、照明以及便携式医疗保健产品。其高性能4 GHz RF、低电流消耗特性以及AI/ML硬件加速器等关键功能，使得物联网设备制造商能够轻松创建智能、稳健且节能的产品，有效抵御远程和本地网络攻击。此外，ARM Cortex®-M33内核以高达78 MHz的频率运行，配合5 MB的闪存和256 kB的RAM，为苛刻的应用需求提供充足的资源支持，同时为未来的产品扩展预留了充足的空间。EFR32BG24的目标应用包括网关/集线器、传感器、开关、门锁、智能插头、LED照明、血糖仪和脉搏血氧计等多样化领域。

满足超低功耗物联网无线设备需求的解决方案
EFR32FG22系列4 GHz专用无线SoC，以其卓越的能效和接收器灵敏度，成为节能型智能娱乐设备的理想选择。该SoC尺寸仅为4 x 4 mm，同时支持Secure Vault安全功能，确保数据安全。此外，EFR32FG22和EFR32FG22E解决方案还融入了Wireless Gecko Series 2平台，提供更全面的无线连接功能。

FG22 SoC集成了4 MHz Arm® Cortex®-M33内核，结合TrustZone技术，以及高性能无线电接收灵敏度达-103 dBm，使其在创建节能应用方面表现出色。而FG22E版本更是通过延长电池寿命和支持无需电池设计，进一步强化了节能特性。其超低传输和接收功率、创新低功耗功能，以及业界领先的能源效率，使得产品运行寿命得以显著延长。

另外，Silicon Labs的RS9116无线模块也备受瞩目。这款带集成天线的超低功耗RF认证Wi-Fi 4 SiP模块（8011 b/g/n），不仅支持蓝牙低功耗和经典蓝牙，还提供了安全网络协议栈。其紧凑尺寸、功率优化性能以及通过FCC、IC和ETSI/CE等多项认证，使其成为多协议无线连接解决方案的理想之选。
SiWx917无线SoC，融合了低功耗Wi-Fi 6与蓝牙低功耗4技术，专为节能智能设备打造。其内置高达8MB的闪存和外部PSRAM，满足各类应用需求。作为Silicon Labs功耗最低的Wi-Fi 6 SoC，SiWx917是物联网无线设备的理想之选，尤其适用于长时间电池供电的设备。

该SoC集成了无线CPU子系统、微控制器应用子系统、安全功能以及电源管理子系统，全部浓缩在7x7mm的QFN封装中。其无线子系统配备高速多线程处理器、基带数字信号处理、模拟前端和4GHz RF收发器，确保高效无线性能。

此外，SiWx917的应用子系统由高性能ARM® Cortex®-M4F处理器、嵌入式SRAM、闪存和传感器集线器组成，专为外围器件和应用处理而优化。网络无线处理器则在独立线程上运行无线和网络协议栈，提供完全集成的解决方案，适用于各种嵌入式无线物联网应用。

SiWx917的目标应用场景广泛，包括智能家居、消费者健康、医疗保健、工业、零售、智能建筑和城市管理以及资产跟踪等。在设计智能设备时，选择SiWx917将助您轻松满足用户需求，提升产品质量和生活品质。

关注艾睿电子

艾睿电子致力于为客户提供创新的无线SoC解决方案，其中SiWx917无线SoC备受瞩目。这款产品融合了低功耗Wi-Fi 6与蓝牙低功耗4技术，专为节能智能设备而设计，满足各种应用需求。内置8MB闪存和外部PSRAM，以及强大的无线子系统和应用子系统，使得SiWx917成为物联网无线设备的理想选择。其高效无线性能、安全功能和电源管理子系统，为用户带来便捷、安全、稳定的智能生活体验。艾睿电子不断创新，致力于推动物联网技术的发展，为全球客户提供优质的无线SoC解决方案。