智能射频 - 可穿戴设计：人类与嵌入式系统的紧密结合

　　智能射频

　　如果可穿戴设备比眼镜小很多，比如腕带，置入到鞋内的器件，以及大点的药丸等，那会怎样呢？没有足够的空间容纳大电池，就无法支持大功率，WiFi也就无法一直保持接通。无线方式转向了蓝牙或者功耗极低的短距离链路。集线器现在本身成为可穿戴设备，装在皮带上或者口袋里，与传感器在一米距离内—如果只支持近场无线链路，那就可能会非常近。而任务划分问题以很有趣的方式发生了变化。

　　一些难题反而促进了可穿戴设备的发展。至少要包括传感器、查询这些传感器的控制器，以及无线接口。仔细的调整占空比，微小电池能够支持这些负载——低能耗设备。但是，现在把计算放在哪里呢？

　　传感器和第一级传感器处理之间的带宽成为很大的问题。无线链路能够实时承载来自传感器的原始数据流吗？如果不能，能否把一些能耗花在提高链路带宽，或者传感器的本地处理上？如果系统用户模型变化了，答案会不同吗？

　　解决这一问题的一种途径是重新思考射频。设计人员倾向于在无线接口中放置基带处理器，作为抗干扰黑盒。但是，创想技术公司的Parvathaneni建议深入了解其内部。例如，创想技术公司有一系列射频处理单元（RPU）基带处理器子系统，让系统设计人员在两方面更加自由。

　　Parvathaneni说，在内部，Ensigma RPU （图2）包括了通用MIPS CPU内核，由一组特殊加速器提供支持。因此，功能是软件定义的，用户可以通过修改代码来改变射频空中接口。这是一方面的自由，您可以调整基带所消耗的功率，以匹配特定无线链路的带宽和距离要求。Parvathaneni还解释说：“在很多情况下，空中接口为主任务的MIPS内核留下了空间。”因此，系统设计人员可以选择空中接口标准，然后，将一组处理任务装入到RPU中，不用改变硬件设计，随时可以进行，以应对可穿戴系统工作模式的变化。在某些情况下，这种灵活性避免了在传感器所在地采用MCU或者压缩引擎。

　　

　　图2.创想技术公司的Ensigma Whisper实现了可编程基带处理器以及MIPS内核和一组低功耗加速器

　　不限于射频的无线

　　可穿戴传感器越来越小，越来越轻，几乎是一次性的，因此，支持空中接口的硬件和能耗等问题越来越重要。对此，IP创业公司Epic半导体提出了很有趣的建议，无线链路不采用射频，而是其他的。据Epic的CTO，Wolf Richter，办法是采用电场。

　　Epic出于三种不同目的而开发了一种使用外部电极的技术——小型的导体片或者导体箔。首先，电路从周围电场获得能量。在三到五秒内，设备能够收集足够的能量，为5 mW负载供电一段时间。Richter举了一个例子，包括在运行速率是3 MHz的ARM Cortex-M0上执行任务，重新写入15V电子墨水非易失显示屏，或者短暂的激活30V印刷电路。

　　其次，Epic知识产权（IP）能够检测到调制电场的任何物理现象，就像一个典型的电容传感器。Richter说，例如，设备可以检测到大约三米附近出现的人。其他较普通的应用包括测量附近物体表面的介质常数——系统可以从中推断出生物体的温度、脉搏和肌肉活动。或者，在完全不同的环境中，传感器可以从介质常数的变化来推断出包装好的肉类表面的腐败程度。

　　最后，这一技术在双向信号上可以使用相同的电极，通过监视并调制电极上的电场，实现无射频近场通信。这样，一个0.25 mm2硅片能够为智能表面、贴片或者某些类似的介质提供电源、传感和互联功能。

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