資料介紹
消費類電子產品經過幾十年的發展已經有無數種各類用途的設備,從專業設備到個人消費品。雖然存在性能和功能的差異,但是消費類電子產品往往遵循相同 的設計趨勢:設備功能變得越來越強大、體積小巧和省電。可穿戴設備集中體現了這一趨勢,它是一種便攜、電池供電、高集成度的設備,負責從高精度模擬測量到 直觀用戶界面的所有一切。可穿戴式設備開發人員必須仔細的在多種集成電路(IC)中匹配產品的需求,有時還需要同時應對相互矛盾的優先選項。
例 如,讓我們仔細思考,在靈巧的可穿戴式設計中如何兼顧尺寸、電池壽命和功能,同時又不忽視可穿戴設備的特殊性:包括它們的個性化功能和吸引力。我們以“功 能單一”類型的可穿戴設備為例——一個沒有屏幕、紐扣電池供電的計步器,可以在當用戶需要運動時提醒用戶,同時也能夠保持跟蹤一整天的步數。一個簡單的電 容感應觸控接口實現用戶輸入,一個三色LED提供剛好夠用的富有表現力的輸出,這使產品可以提供方便且具吸引力的個性功能。這個產品設計展示了功能強大的 IC如何塞入小型封裝中,有助于促進創新和產品差異化。
我們的產品需求
讓我們先來勾畫出產品的基本需求。在定義了功能集之后,我們能夠選擇負責各項功能的組件。這是一款精簡到只剩基本功能的計步器。沒有提供屏幕、蜂鳴器或者iPhone應用程序,該設備有意突出它的簡樸和小尺寸。它的用戶接口同樣簡潔明了。
基本設計需求包括:
? 最小化可實現的外形尺寸:帶有外殼的產品應當在各項尺寸上盡可能接近CR2032電池的大小,因此用戶能夠在口袋中攜帶該設備,或者掛到他們的鑰匙鏈上。
? 用戶輸入:在紐扣電池形狀殼體的一側,提供能夠識別如下輸入的電容觸摸接口:
o 滑動:解除提示用戶需要起立的報警
o 輕敲并保持:開啟新的一天(復位計步器)
o 輕敲:檢查一天中的步數
? 簡單的輸出:在殼體某處裸露的LED提供所有輸出:
o 紅色:定時的短閃爍表示用戶已經保持不動太長時間了
o 綠色雙閃:當用戶開始新一天時通過輕敲并保持動作觸發
o 1秒鐘紅/黃/綠輸出:指示一天內達到33%、66%和100%步數的百分比,在輕敲觸摸接口后持續幾秒鐘
如何實現小型化?
CR2032 電池的直徑是20mm,高度是3mm。很顯然,我們的系統必須比它稍微大些,但是我們如何在現實中實現可穿戴設備的小型化呢?讓我們假設產品的塑料外殼能 夠做的非常薄,因此在直徑上它增加的長度不會超過5mm,同時易于支持電池更換。對于高度,我們如何最小化該設計的高度并保持大致紐扣電池那樣的尺寸呢? 在產品的垂直堆疊中,它的高度由四種器件尺寸構成:電池、印制電路板(PCB)、PCB上的器件和產品的塑料外殼。對于四層PCB來說,PCB厚度大約為 0.5mm。而如何最小化焊接到該PCB上的器件高度需要仔細進行型號選擇。這時尋找高性能的芯片級尺寸封裝的器件對于我們的設計來說至關重要。
芯片級尺寸封裝的好處
晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)代表了制造和芯片組裝技術中多年持續進步的成果。在WLCSP封裝中,硅被直接連接到封裝一側的焊球上,與之相反,舊有技術通過綁定線連接硅端口焊盤到封裝引腳。這種設計的影響是封裝能夠設計成寬度和高度都接近內部硅片自身尺寸的大小。
IC 供應商們爭相發布WLCSP的封裝支持現有的多種設備,從而獲得極小封裝類型的好處。此時會出現的挑戰是:一些廠商的硅片相當大,以至于它在獲得更小尺寸 的封裝上沒有競爭力。來自Silicon Labs的EFM8SB1 MCU非常適合CSP封裝類型,這是因為雖然該MCU有極高的功能密度,但是它已經適應小封裝尺寸(例如3mm×3mm QFN封裝)。EFM8SB1 WLCSP封裝尺寸僅為1.78mm×1.66mm。
例 如,讓我們仔細思考,在靈巧的可穿戴式設計中如何兼顧尺寸、電池壽命和功能,同時又不忽視可穿戴設備的特殊性:包括它們的個性化功能和吸引力。我們以“功 能單一”類型的可穿戴設備為例——一個沒有屏幕、紐扣電池供電的計步器,可以在當用戶需要運動時提醒用戶,同時也能夠保持跟蹤一整天的步數。一個簡單的電 容感應觸控接口實現用戶輸入,一個三色LED提供剛好夠用的富有表現力的輸出,這使產品可以提供方便且具吸引力的個性功能。這個產品設計展示了功能強大的 IC如何塞入小型封裝中,有助于促進創新和產品差異化。
我們的產品需求
讓我們先來勾畫出產品的基本需求。在定義了功能集之后,我們能夠選擇負責各項功能的組件。這是一款精簡到只剩基本功能的計步器。沒有提供屏幕、蜂鳴器或者iPhone應用程序,該設備有意突出它的簡樸和小尺寸。它的用戶接口同樣簡潔明了。
基本設計需求包括:
? 最小化可實現的外形尺寸:帶有外殼的產品應當在各項尺寸上盡可能接近CR2032電池的大小,因此用戶能夠在口袋中攜帶該設備,或者掛到他們的鑰匙鏈上。
? 用戶輸入:在紐扣電池形狀殼體的一側,提供能夠識別如下輸入的電容觸摸接口:
o 滑動:解除提示用戶需要起立的報警
o 輕敲并保持:開啟新的一天(復位計步器)
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? 簡單的輸出:在殼體某處裸露的LED提供所有輸出:
o 紅色:定時的短閃爍表示用戶已經保持不動太長時間了
o 綠色雙閃:當用戶開始新一天時通過輕敲并保持動作觸發
o 1秒鐘紅/黃/綠輸出:指示一天內達到33%、66%和100%步數的百分比,在輕敲觸摸接口后持續幾秒鐘
如何實現小型化?
CR2032 電池的直徑是20mm,高度是3mm。很顯然,我們的系統必須比它稍微大些,但是我們如何在現實中實現可穿戴設備的小型化呢?讓我們假設產品的塑料外殼能 夠做的非常薄,因此在直徑上它增加的長度不會超過5mm,同時易于支持電池更換。對于高度,我們如何最小化該設計的高度并保持大致紐扣電池那樣的尺寸呢? 在產品的垂直堆疊中,它的高度由四種器件尺寸構成:電池、印制電路板(PCB)、PCB上的器件和產品的塑料外殼。對于四層PCB來說,PCB厚度大約為 0.5mm。而如何最小化焊接到該PCB上的器件高度需要仔細進行型號選擇。這時尋找高性能的芯片級尺寸封裝的器件對于我們的設計來說至關重要。
芯片級尺寸封裝的好處
晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP)代表了制造和芯片組裝技術中多年持續進步的成果。在WLCSP封裝中,硅被直接連接到封裝一側的焊球上,與之相反,舊有技術通過綁定線連接硅端口焊盤到封裝引腳。這種設計的影響是封裝能夠設計成寬度和高度都接近內部硅片自身尺寸的大小。
IC 供應商們爭相發布WLCSP的封裝支持現有的多種設備,從而獲得極小封裝類型的好處。此時會出現的挑戰是:一些廠商的硅片相當大,以至于它在獲得更小尺寸 的封裝上沒有競爭力。來自Silicon Labs的EFM8SB1 MCU非常適合CSP封裝類型,這是因為雖然該MCU有極高的功能密度,但是它已經適應小封裝尺寸(例如3mm×3mm QFN封裝)。EFM8SB1 WLCSP封裝尺寸僅為1.78mm×1.66mm。
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