【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(yǔ)一樣，它的外觀(guān)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，并且設計師明智地選擇了簡(jiǎn)約的審美觀(guān)念，除了電容觸摸界面(UI)外，表面還有12個(gè)LED提供視覺(jué) 反饋。輕拍手環(huán)表面，這些LED可以指示你日常的目標進(jìn)度，然后顯示時(shí)間。當然你也可以選擇先顯示時(shí)間再顯示進(jìn)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(gè)3軸加速度計和一個(gè)磁強計檢測運動(dòng)。
手環(huán)的振動(dòng)告警功能可以提供狀態(tài)反饋和提醒/告警。對于配對的蘋(píng)果手機(iOS7或以上)或安卓手機(果凍豆)來(lái)說(shuō)，不論是放在手提包內還是處于靜音模式，這個(gè)功能對接電話(huà)和短信都是有用的。音頻反饋來(lái)自非常悅耳的告警音。
與 手機的連接是通過(guò)藍牙4.1無(wú)線(xiàn)電實(shí)現的，運動(dòng)檢測則是由一個(gè)3軸加速度計和一個(gè)磁強計共同完成。另外，通過(guò)下載Misfit Link應用，你可以使用IFTTT流程聯(lián)網(wǎng)控制你的移動(dòng)設備播放音樂(lè )、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(gè)服務(wù)。這些服務(wù)被稱(chēng)為 IFTTT“頻道”，比如WeMo開(kāi)關(guān) 、Nest恒溫器甚至是推特簡(jiǎn)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(guò)選用可以持續工作六個(gè)月的鈕扣電池解決了經(jīng)常遇到的電池問(wèn)題。用戶(hù)再也不必頻繁地充電，也無(wú)需在離家之前等著(zhù)充滿(mǎn)。由于用過(guò)早先的Fitbit一段時(shí)間，我覺(jué)得頻繁充電絕對是個(gè)缺點(diǎn)。
事 實(shí)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(guò)Shine 2圓滑漂亮的設計幾乎被很差的機械結構設計給毀了，這個(gè)結構是要將手環(huán)固定在表帶內。第一個(gè)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應該是想用安全夾來(lái)解決這個(gè)臭名昭著(zhù)的“飛行Shine”問(wèn)題(圖1)。實(shí)際上安全夾不起作用，但現在已經(jīng)沒(méi)有什么意義了，因為Misfit已經(jīng)在推出 Ray時(shí)解決了這個(gè)問(wèn)題——Ray是該公司前不久在拉斯維加斯消費電子會(huì )議(CES)上發(fā)布的一款健康監測器的全新設計。
圖1：這款手環(huán)的漂亮設計以及一塊CR2032 3V鈕扣電池能夠連續工作6個(gè)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(shí)間不長(cháng)，但我發(fā)現它計時(shí)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(huà)進(jìn)來(lái)時(shí)的手腕振動(dòng)提醒。
不管怎樣，讓我們到手環(huán)內部去看看這么漂亮的設計、低功耗特性和強大功能到底是怎么實(shí)現的——以及在從最初版的Shine到Shine 2發(fā)展過(guò)程中誰(shuí)是贏(yíng)家誰(shuí)又是輸家。
圖2：Misfit非常友好地提供了結構分解圖。當后電池蓋板轉到閉鎖位置時(shí)，它能在橡膠環(huán)周?chē)纬删o致的密封圈，從而使設備支持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(kāi)后面的電池蓋。實(shí)際上一旦你知道后就很簡(jiǎn)單。事實(shí)上，如何將固定 PCB板的中央黑環(huán)取下來(lái)才是難點(diǎn)。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(pán)上。我的工具箱里沒(méi)有能用得上的。Misfit不太想讓 這個(gè)手環(huán)被打開(kāi)。
因此，星期六整個(gè)下午都用來(lái)尋找手表修理專(zhuān)家了。在第四次嘗試時(shí)終于被我找到了。他也沒(méi)有合適的工具，但和我一樣固執 (這關(guān)乎自尊，該死的！)，然后他用抽屜里極小的幾乎看不見(jiàn)的工具中最相近的工具成功進(jìn)行了“破 解”?？匆晃凰囆g(shù)家工作總是一件有趣的事，我當時(shí)應該拍張照片來(lái)的。
圖3：最困難的部分是將幾顆特別小的螺釘取出來(lái)，不過(guò)一旦打開(kāi)后，Shine 2幕后的策劃者——Ambiq Micro和Dialog Semiconductor就清晰呈現在我們面前。
將電路板放在顯微鏡下，低功耗是怎么實(shí)現的很快就一清二楚了。藍牙4.1接口來(lái)自Dialog Semiconductor公司的SmartBondTM DA14581——DA14580 SoC的優(yōu)化版本。
DA14581開(kāi)發(fā)時(shí)是將A4WP無(wú)線(xiàn)充電和主控制器接口(HCI)應用考慮在內的。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(kāi)時(shí)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用中還有多余的功能感到奇怪，我問(wèn)Dialog Semiconductor公司首席現場(chǎng)應用工程師Tushar Rath，Misfit為什么會(huì )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(shuō)：“這是因為DA14581仍然能提供最低的功耗—— 在收發(fā)時(shí)的峰值電流為4.9mA，擴展睡眠模式下的電流不到2 μA——進(jìn)而能實(shí)現最長(cháng)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(gè)外部元器件，并且集成了平衡不平衡轉換和電源管理功能。此外，DA1458x系列產(chǎn)品是為多種應用設計的，包括Shine 2內部這種只有無(wú)線(xiàn)電功能的應用。低功耗藍牙堆棧位于芯片的ROM中。“支持A4WP只是意味著(zhù)，工作在中心模式時(shí)，我們實(shí)現A4WP要求可以有更快啟動(dòng) 時(shí)間和更多并發(fā)連接。”Rath指出。實(shí)現A4WP無(wú)線(xiàn)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(shuō)吧，在與Ambiq公司營(yíng)銷(xiāo)總監Keith Odland的交流中我們才知道，Shine 2中的Apollo實(shí)現已經(jīng)成為智能電源管理領(lǐng)域中的一個(gè)案例研究。
圖5：作為EEMBC ULPBench基準的贏(yíng)家，帶512KB閃存的Apollo MCU是針對低功耗全新設計的產(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(gè)帶浮點(diǎn)單元的ARM Cortex M4F 32位內核、一個(gè)喚醒中斷控制器，最高工作頻率是24MHz。周?chē)?12KB的閃存、傳感器外設、電壓監視功能、串行通信(GPIO、UART、 I2C、SPI主/從)和精度為±2℃的片上溫度傳感器。
在所有功能都運轉的情況下，Apollo在從閃存執行指令時(shí)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(guò)了競爭對手的2倍。
Apollo使用了Ambiq公司專(zhuān)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(diǎn)位于偏置曲線(xiàn)上，從而可以實(shí)現最低的功耗。
雖 然這種技術(shù)推出已經(jīng)有許多年了，但維持這個(gè)工作點(diǎn)所要求的代工廠(chǎng)工藝溫度穩定性直到最近才適合大批量生產(chǎn)。Ambiq與臺積電通過(guò)通力合作終于在 Apollo中實(shí)現了這個(gè)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視器以及其它私有技術(shù)來(lái)確保穩定性。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(shí)間。
不過(guò)，據Odland透露，這種技術(shù)現在不只用于MCU，還可用于無(wú)線(xiàn)電、模擬前端和傳感器。這很關(guān)鍵，他表示，因為用戶(hù)不再滿(mǎn)足于每次僅15%的節能進(jìn)步，“他們需要質(zhì)的飛躍，以便性能達到一個(gè)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(xiàn)的下方區域，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(zhù)進(jìn)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(shuí)？
為了充分了解幫助Shine 2在24/7的監視工作狀態(tài)下仍然獲得6個(gè)月工作時(shí)間的電源管理技術(shù)，同時(shí)與最初版Shine相比增加了更多功能，讓我們先來(lái)看看誰(shuí)不再留在Shine設計中。
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算分配，因此給Ambiq和Dialog Semiconductor的進(jìn)入打開(kāi)了大門(mén)。
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(wú)線(xiàn)鏈路。然而對Shine 2來(lái)說(shuō)，Misfit想要增加許多其它功能，其中包括：
● 一個(gè)3軸陀螺儀(最初版Shine只有一個(gè)3軸加速度計)
● 用于觸覺(jué)反饋的振動(dòng)電機
● 電容觸摸控制
● 多種顏色LED+驅動(dòng)器IC
當然，Misfit想在增加所有這些功能的同時(shí)保持相同的功耗預算——一顆 CR2032鈕扣電池可用6個(gè)月——以及相同的外形尺寸。
這給Ambiq提供了極好的機會(huì )——當時(shí)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(kāi)始與Misfit合作，確保整個(gè)系統工作在最佳狀態(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(lái) 說(shuō)這也是典型的用戶(hù)參與渠道，Odland表示。解決方案是檢查整體功耗預算，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(zhù)確保板子上的每個(gè)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(méi)有運動(dòng)時(shí)哪個(gè)傳感器軸需 要“打開(kāi)”，哪些軸需要“關(guān)閉”，而且要周期性地采樣而不是連續采樣。當然，當手環(huán)運動(dòng)時(shí)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(guò)等待直到傳感器填滿(mǎn)它才喚醒它處理數據。
復雜簡(jiǎn)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(jiǎn)單。然而，整體設計的成功不僅取決于技術(shù)，同樣取決于Misfit和其供應商之間的合作伙 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(gè)和每種設計的每份功耗，對可穿戴設備來(lái)說(shuō)更是如此。
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