智能设备开发的设计概念和解决方案

设计更智能、更紧凑的蓝牙医疗和可穿戴设备

要打造一款紧凑且需求严格的蓝牙医疗设备，不仅仅是从市场上选择最小的硬件组件。您还可以通过优化材料清单（BOM）、使用集成的蓝牙SoC和模块，以及结合医疗应用所需的各种外设功能和特性来减小产品尺寸。这不仅可以节省大量PCB的占板面积，还能提高设计灵活性，并降低成本。

在设计蓝牙医疗设备时，可以使用多种设计概念来加速产品开发并集成更多功能。首先，蓝牙医疗设备可以利用集成的AI/ML加速器来增强设备的智能控制功能。通过机器学习（ML），可以根据现有模型处理大量的传感器数据，以识别异常并确定哪些数据需要传输回云端。如今，无线设备能够将所有收集的数据传输回云端进行处理和分析。而通过在设备上识别关键数据，仅传输特定的数据子集回云端，可以节省宝贵的资源并延长电池寿命。

人工智能（AI）也可以用于例如居家养老等应用。在这些应用中，监测生命体征、追踪数据变化、观察步态模式以及总体识别异常模式能够为提供者提供关键的诊断数据。它还可以向护理人员和家属触发挽救生命的警报，极大地改善患者的生活质量，甚至挽救患者的生命。

此外，这些产品需要集成更多的模拟外设，例如可用于许多无线医疗和可穿戴设备进行传感器测量和电池电量监控的ADC（模数转换器）。对于使用离散模拟前端（AFE）解决方案的连续血糖监测（CGM）设备和其他便携式医疗设备的制造商来说，ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）是可以集成在芯片上的两个关键功能。

低功耗以提升能源效率和电池寿命

DC-DC 转换器是电池供电医疗设备的重要组件。升压转换器使 SoC 能够使用低电压电池，例如输入范围为 0.8 至 1.7 V 的碱性电池和氧化银电池。这使得 Bluetooth SoC 可以在较低的电压下运行。降压转换器使 SoC 能够使用其他 3V 电池，例如锂扣式电池，从而提高能源效率和电池寿命，或减少电池尺寸。

为了在关键健康应用中预测和防止意外的电池耗尽，库仑计（一种电荷测量设备）可以准确地跟踪电池电量，从而提高用户的安全性和体验。此外，低频RC振荡器是蓝牙低功耗（LE）2.4 GHz 应用的关键组件，其中蓝牙LE SoC需要满足±500 ppm的指定休眠时钟精度要求。

鉴于医疗保健和可穿戴设备使用的功率水平较低，在设计中需要在保持匹配网络可接受的射频性能的同时，减少PCB层数和元件数量。最大限度地降低蓝牙设备的功耗至关重要，这使得设备制造商能够减小设备的外形尺寸。

全球AR/VR设备市场的前景广阔

如今的消费者越来越以家庭为中心——工作、教育、医疗、购物和娱乐都需要能够在家中实现。借助AR/VR技术，现实世界与数字世界的界限变得交织在一起。您只需戴上一副AR/VR头戴式显示器（HMD），拿起一对手持控制器，就可以真正沉浸在3D游戏或电影中。或者，您也可以在家中进入一个逼真的虚拟购物中心，试穿新衣服，或看看新沙发的摆放效果。AR/VR应用能够增强消费者体验，让我们的生活更加高效。到2027年，全球AR/VR设备市场预计将实现26%的复合年增长率（CAGR）。

可穿戴式AR/VR设备呈现出独特的无线设计挑战。它们必须具备极高的能源效率，以最大化电池寿命和充电间隔，同时将电池重量降至最低。与此同时，它们需要处理高带宽的视频，以提供自然的视觉体验。VR控制器与头戴式显示器（HMD）之间的延迟至关重要，需要尽量减少延迟，以便及时响应手势和动作。

AR 和 VR 应用有三个关键的无线需求：低功耗、低延迟和稳定的连接。能源效率对于提升电池供电和可充电设备（如 VR 控制器、智能眼镜和 AR/VR 头显）的用户体验至关重要。此外，安全性是连接设备用户最关注的问题之一，因为头戴式显示器 (HMD) 和 VR 控制器可能成为恶意攻击家庭网络的入口。

高度集成的蓝牙低功耗SoC

Silicon Labs 提供多种 SoC 和模块，用于蓝牙无线连接和控制应用。以下是一些关键产品及其特性。

EFR32BG22 系列是一款前沿的蓝牙低功耗 (BLE) 系统级芯片 (SoC)，以卓越的能效和接收器 (RX) 灵敏度而闻名，非常适合节能型智能娱乐设备。该 SoC 尺寸仅为 4 x 4 毫米，并支持 Secure Vault 功能。作为 Wireless Gecko Series 2 平台的一部分，EFR32BG22 和 EFR32BG22E BLE SoC 解决方案专注于能效优化，提供超低传输和接收功耗。其高性能、低功耗的 Arm® Cortex®-M33 内核提供了行业领先的能效，有望将纽扣电池的使用寿命延长至十年。

Silicon Labs 的 BG22 有助于创建节能应用，而 BG22E（"E" 代表节能）通过延长电池寿命并支持完全无电池设计进一步提升了能源效率。BG22 和 BG22E 系列是环境物联网或能量收集设备的理想 SoC。目标应用包括蓝牙网状网络中的低功耗节点、智能锁、个人健康护理和健身设备。

EFR32BG27系列具有紧凑、超低功耗的SoC，提供WLCSP (2.3 x 2.6 mm) 和QFN封装，支持高性能的蓝牙低功耗功能。这些SoC集成了一个DCDC升压转换器以支持宽电压范围，以及一个库仑计数器以实现准确的电池电量跟踪，同时还支持PSA等级2的安全性。EFR32BG27系列无线SoC可以通过纽扣电池供电，为设备制造商开启了新可能性。该系列使制造商能够在满足极小尺寸应用需求的同时，不牺牲性能和安全性。

BG27蓝牙SoC集成了DCDC升压功能，可在最低0.8伏的电压下运行，支持单节碱性电池和1.5伏钮扣电池。此外，BG27的唤醒引脚使产品在仓库储存或运输期间可以保持数月关闭状态，功耗低于20 nA，从而确保电池可用。集成的库仑计能够准确监测电池电量，防止在关键应用中电池意外耗尽。目标应用包括联网医疗设备、可穿戴设备、传感器、开关、智能锁，以及商业和LED照明。

EFR32BG24 是一款高性能、低功耗的无线 SoC，非常适合用于电池效率高的智能可穿戴设备，具备集成的 AI/ML 加速器以及通过最高级别 PSA Level 3 认证的 Secure Vault™ 安全功能。EFR32BG24 无线 SoC 特别适合通过蓝牙低功耗 (Bluetooth Low Energy) 和蓝牙 Mesh 网络实现 IoT 无线连接，适用于智能家居、照明以及便携式医疗保健产品。

通过其高性能的2.4 GHz RF、低电流消耗、AI/ML硬件加速器和Secure Vault™，物联网设备制造商能够创建智能、强大且节能的产品，从而防御远程和本地的网络攻击。ARM Cortex®-M33的运行频率高达78 MHz，配备1.5 MB的闪存和256 kB的RAM，为高需求的应用提供充足资源，同时为未来的扩展预留空间。目标应用包括网关/集线器、传感器、开关、门锁、智能插头、LED照明、灯具、血糖仪和脉搏血氧仪。

超低功耗物联网无线设备解决方案

EFR32FG22 (FG22) 系列2专有无线2.4 GHz SoC 提供业界领先的能效和接收器（RX）灵敏度，非常适合用于节能的智能娱乐设备。其拥有仅4 x 4 mm的小尺寸封装，并支持Secure Vault功能。EFR32FG22和EFR32FG22E专有无线2.4 GHz SoC解决方案属于Wireless Gecko系列2平台的一部分。

FG22 SoC 集成了一个38.4 MHz的Arm® Cortex®-M33核心，配备TrustZone技术，以及一个高性能的无线电，接收灵敏度为-102.3 dBm。FG22可实现节能应用，而FG22E（“E”代表节能）进一步增强了节能优势，不仅延长了电池寿命，还支持完全无电池设计。此SoC结合了超低的发射和接收功耗（+6 dBm发射时为8.2 mA，接收时为3.6 mA）、1.2 µA的深度睡眠模式功耗，以及创新的低功耗功能如RFSense，为受限电池或能量采集选项的产品提供了行业领先的能效，延长了其使用寿命。

Silicon Labs 的 RS9116 无线模块是一款超低功耗、RF 认证的 Wi-Fi 4 SiP 模块（802.11 b/g/n），配备集成天线，支持低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）、经典蓝牙（Bluetooth Classic）以及安全网络协议栈，其紧凑的尺寸为 4.63 x 7.90 x 0.9 毫米。RS9116 无线模块提供单频段和双频段版本，是一套全面的多协议无线连接解决方案，包括 Wi-Fi 和双模蓝牙 5。该无线模块具有功耗优化的性能，能够提供高速数据吞吐量和更广的覆盖范围，并通过了 FCC、IC 和 ETSI/CE 认证。

SiWx917 Wi-Fi 6 和蓝牙低功耗 5.4 无线 SoC 是一款支持低功耗 Wi-Fi 6 和蓝牙低功耗的 SoC，适用于节能型智能设备，具有最高 8 MB 的闪存以及外部 PSRAM。SiWx917 SoC 是 Silicon Labs 功耗最低的 Wi-Fi 6 SoC，非常适合超低功耗 IoT 无线设备，利用 Wi-Fi®、蓝牙、Matter 和 IP 网络实现安全的云连接，因此非常适合开发由长效电池供电的设备。

SiWx917 SoC 包括一个超低功耗的 Wi-Fi 6 和 Bluetooth Low Energy 5.4 无线 CPU 子系统、一个集成的微控制器 (MCU) 应用子系统、安全功能、外设以及电源管理子系统，所有这些都集成在一个 7 x 7 mm 的 QFN 封装中。无线子系统由一个运行频率高达 160 MHz 的多线程处理器、基带数字信号处理器、模拟前端、2.4 GHz 射频收发器以及集成功率放大器组成。

SiWx917 的应用子系统由一颗运行频率高达 180 MHz 的 ARM® Cortex®-M4F、嵌入式 SRAM、闪存存储器以及一个传感器中心组成。ARM® Cortex®-M4F 专门用于外设和与应用相关的处理，而网络无线处理器则在独立线程上运行无线和网络协议栈，为各类嵌入式无线物联网应用提供一个完全集成的解决方案。目标应用包括智能家居、消费健康与可穿戴设备、医疗保健、工业、零售、智能建筑和城市，以及资产追踪。

结论

在当今快速发展的科技环境中，开发智能设备不仅关乎技术创新，也是满足用户需求和提升生活质量的重要途径。在设计智能设备的过程中，设计者可以利用先进的传感器技术、大数据分析和人工智能。这些现代技术使智能设备能够实现更高效、更智能的交互方式，为用户提供更加便捷和舒适的生活体验。Silicon Labs 提供全面的产品解决方案和技术支持服务，是开发相关产品的最佳合作伙伴之一。