可穿戴设备开发跟不上？用SoC试试看！

时保持超低功耗模式。此外，它还能将建立数据交换连接的时间缩短至几个毫秒。

　　蓝牙智能架构的每一层都为降低功耗而优化。例如，与经典蓝牙协议相比，它使用一个较大的物理层调制指数，后者有助于降低收发电流。链路层也为快速重连而优化，从而降低了功耗。控制器负责执行各种重要任务，例如：建立连接和忽略重复包，因此让主机能够更长地保持低功耗模式。

　　蓝牙智能协议拥有一个与经典蓝牙协议类似的可靠架构，并支持自适应跳频和32位CRC校验。此外，它还支持一种名为"广播模式"的特殊模式，该模式可让设备无需执行连接程序也能传送信息。

　　蓝牙智能协议非常适合可穿戴设备，原因如下：

　　该协议专为实现超低功耗而优化；

　　低功耗设计有助于缩减电池尺寸，从而消减产品的成本、尺寸和重量；

　　支持那些以较长时间间隔交换少量突发信息的可穿戴设备；

　　便于推广，因为智能手机中内置支持蓝牙智能的主机（支持经典蓝牙和蓝牙智能协议的双模设备）。这与专有协议形成鲜明对比，后者需要厂商付出额外努力才能确保连接性。

　　可穿戴设备的一个典型使用模式为设备进入超低功耗或待机模式提供了多个机遇（参见图3）。

　　图3：活动监测器等可穿戴设备的正常使用模式为设备进入超低功耗甚至待机模式提供了多个机遇

　　即使在活动期间，可穿戴设备也不必连续发送数据。无论是三轴加速计测量的运动数据，还是传感器感测的心率，数据都是周期性传送，通常是每个连接间隔传送一次。正常的程序是感测数据，转换数据，然后通过蓝牙智能连接发送数据。其余时间内，系统都处在深度睡眠模式。请注意，现有的大多数芯片解决方案提供多种功耗模式，可在给定的功耗模式下在电流消耗和唤醒时间之间进行权衡。应根据系统的时间要求选择不同的模式。

　　必须注意的是，通信协议只是可穿戴设计的一个方面。除了通信接口之外，可穿戴设备还包含传感器、一个用于处理传感器信号的模拟前端（AFE）、一个用于过滤环境噪声的数字信号处理器、用于存储信息的存储器件、一个用于实现多种系统相关功能的处理器、一个电池充电器等多个其它模块。设计系统时，我们需要所有这些组件实现最低功耗。

　　光学心率监测

　　让我们以一款可监测心率的手环为例（参见图4）。光学心率监测器的工作原理是光电容积脉搏波（PPG）技术，它通过处理血容量的变化生成心率数据。该技术使用一个LED照亮人体组织，并使用一个光电二极管测量反射信号，后者包含血容量变化的信息。一个跨阻放大器（TIA）将光电流转换为电压，该电压然后被一个模数转换器（ADC）转换为数字信号。这个数字信号然后在手环处理器的固件中被处理，以去除直流偏移和高频噪声，从而检测出心率；此外，还可以使用有源滤波器在模拟域中进行过滤。

　　图4：手环心率监测器分析传感器处的血容量变化导致的光信号的变化。一个光电二极管读取反射信号，一个跨阻放大器将光电流转换为电压。模拟信号必需被转换为数字信号，然后经过过滤，才能获得心率数据

　　完成数据分析后，设备使用一条蓝牙链路将心率数据发送到手环或支持蓝牙智能协议的设备上的蓝牙智能控制器。在某些光学心率监测器中，可穿戴设备使用一个单独的控制器处理心率数据，该控制器通过I2C/SPI/IART协议与主处理器通信。

　　在这些系统中，多个离散组件的使用不仅在电兼容和测试方面增加了系统的复杂性，而且还增加了功耗（因为缺乏对不使用时的AFE的控制）、BOM成本和PCB的尺寸。

为了解决这些问题，多家厂商推出了基于片上系统（SoC）架构的设备。这些设备不仅内置一个控制器，而且还包含可用于实现大多数基本AFE和数字功能的模拟和数字系统。其中一款控制器就是基于赛普拉斯可编程片上系统（PSoC）架构的PSoC 4 BLE。该款SoC专为可穿戴市场而设计，包含一个8-MHz ARM®Cortex®M0