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智慧手錶系統設計剖析
 

【作者: 陸向陽】   2013年09月29日 星期日

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穿戴式電子,尤其是智慧型手錶正逐漸受到重視,已經有諸多國際大廠、新興業者投入發展,但目前仍在前期階段,因而百家爭鳴,各種設計方式、實現手法都有,且差異極大。對此,本文以處理器、儲存資源、電池、充電等設計方式來做一剖析。


圖一 : 智慧手錶紛紛上市,硬體規格是各有一套作法。(圖:WIMM Labs) BigPic:516x338
圖一 : 智慧手錶紛紛上市,硬體規格是各有一套作法。(圖:WIMM Labs) BigPic:516x338

單核32位元Cortex-M為主


先說明處理器,處理器可以從最低階的單核16位元微控制器,到最高階的雙核32位元處理器皆有。如MetaWatch公司的Meta Watch錶即使用德州儀器(TI)的MSP430微控制器,為德州儀器的專屬16位元架構微控制器。


又如Omate的TrueSmart錶使用聯發科(MTK)的MT6572,內部為2個Cortex-A7執行核心,時脈高達1GHz。另外也有異質雙核的作法,如AGENT錶使用一顆Cortex-M4處理器,但又有一個輔助的Atmel AVR系列微控制器,以此強調有更佳、更智慧的功耗管理控制。


雖然從單核16位元到雙核32位元皆有,但多數的智慧錶多採行單核32位元,且以Cortex-M系列較多,僅少數使用Cortex-A系列(如Omate的TruSmart錶或Samsung Galaxy Gear錶)。


儲存資源:128KB – 32GB


處理器迥異,連帶的記憶體與儲存資源也是天壤地別,記憶體可以只有128KB,也可以高到4GB;儲存可以只有1MB,也可以高到有32GB(如WIMM Labs的WIMM One錶,該團隊日前已被Google收併),甚至可用Micro-SD記憶卡來擴展延伸記憶、儲存空間。


電池設計各派皆有


處理器是最核心的,而最末微的電池,目前也是各派各流都有,最簡單的電池設計是直接採用今日常用的標準鈕扣電池,例如ConnecteDevice公司的COOKOO錶便使用CR2032鋰電池。


若不用標準鈕扣電池,只能使用鋰聚合物電池,目前不同的智慧錶電容量不一,低可以低到100mAh(如Sony LiveView錶),中可以到258mAh(如Motorola MOTOACTV錶,高可以到315mAh(如Samsung Galaxy Gear)。


無線充電極具優勢


除電池電量的差異外,充電方式也各有不同,一般而言採行與智慧型手機相同的方式,即標準的Micro-USB介面充電。不過,偏偏有業者為了讓手錶防水,所以採行特殊的連接器,但本質仍是Micro-USB,如Pebble公司的Pebble錶即是如此,同時還加入磁吸連接效果。


另也有全然不採行USB技術的業者,如Meta Watch錶就採行特殊的夾子型充電器,該夾子(連接器)也是智慧錶與電腦或外部溝通聯繫的傳輸介面,但採行的是Spy-Bi-Wire,是一種串列式的JTAG傳輸協定,採行此種特殊傳輸協定的原因無他,因為Meta Watch錶使用的微處理器是TI MSP430,該處理器支援該協定,甚至該協定即是為該微控制器發展的。


另外也有業者不採行實際接觸的充電方式,而是用非接觸式的無線感應充電,如AGENT錶即採行WPC(Wireless Power Consortium)所訂立的無線充電標準Qi(中文:氣)。


今日已有許多智慧型手機採行Qi的無線充電標準,如Nokia的Lumia系列智慧型手機,Google的Nexus 4智慧型手機、Nexus 7平板(第二代才有),Samsung的Galaxy S3/S4智慧型手機,或結合手寫平板功效的Galaxy Note 2等。


若Qi標準的充電底座能日益普及,底座不僅可以幫手機充電,也可以幫平板、智慧錶充電,如此買智慧錶者可能不再需要買充電的連接線,數據傳輸則改用藍牙,使無線充電座的整體價值(綜效)提升。


當然,除Qi外,另2個主要的無線充電陣營與標準(PMA、A4WP)亦可能受智慧錶業者青睞,並積極延伸布局、卡位。由此看來,採行不同的充電方式似乎均有其考量與理由,鈕扣電池可臨時去便利店買來換裝、Micro-USB最普遍、防水也是必須、特殊夾子較配合錶內的微控制器、無線充電具未來綜效可能性…。


錶帶設計


除處理器與電池外,就連錶帶也是一堆不同設計考量,如與錶芯合一設計,或可更換不同顏色的錶帶,可更換標準的24mm寬度的錶帶,錶帶可以是皮的、矽膠的、不鏽鋼的等等,再加上ATM標準(如3ATM、5ATM)、IP標準(如IP57、IP58)的防水設計等,看來智慧錶的設計發展仍有段磨練期要走。


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