淺談智能硬件產品的底層硬件

2014年，可穿戴設備平臺Android Wear的發(fā)布，以及智能家居公司Nest被收購，引爆了智能硬件熱潮;隨著2014年GMIC全球移動互聯網大會圓滿落幕，智能硬件再次變成關注點。

當下的智能硬件，除了智能手機、平板等消費電子外，還有音響、相機、家電家居等其他類型產品。通常情況下，大多智能硬件生存下去都少不了兩個主要部分：輸入和輸出。輸入指的是大數據、云端數據或者實時數據的輸入，包括影像數據、實時數據、歷史數據等，輸出指的是輸入數據經過硬件內部轉化形成有效數據并導出，最終作用于人。最簡單的舉例，大數據和云端歷史數據進入耳機，通過耳機的內部判斷，選定最合適的聲音大小、接收人最喜愛的音調等，通過無線傳輸到接收人耳朵，以上為完整輸入加輸出部分。在這里，硬件層面上需要完成以下步驟：大數據共享和無線數據傳輸，當涉及實時數據產生時，還會涉及NFC付費，而需要保證智能硬件實時工作，還缺少不了無線充電。

以消費者使用最多的手機為例，消費者最期望的狀態(tài)是無論何時，都可以進行無干擾并迅速地大數據(錄像攝影、照片文件)傳輸，而同時又可以直接享受該數據。

本文將通過東芝半導體產品對以上理論進行具體闡述。

大數據傳輸

Transfer Jet技術作為最新的大數據傳輸技術，其利用近距離無線通信(NFC)結合了UWB(Ultra-Wide Band，超寬頻)的速度(560Mbps)，Transfer Jet有別于現行一般無線傳輸技術，在進行傳輸時無須繁復的連接設定，也不需無線網絡橋接器(access point)，只需將搭載Transfer Jet的產品靠在一起簡單配對后就可進行資料傳輸，這讓兩臺設備(如手機、數碼相機、數碼攝像機、電視、游戲機或打印機)可以快速地分享大數據(照片、影片、影像等)。Transfer Jet屬于NFC技術的一種，為了提升數據傳輸的安全性，僅需3cm左右的有效傳輸(或觸碰)范圍，讓他人無法在資料傳輸的過程中進行干預或復制的動作。與傳統(tǒng)NFC不同的是，NFC偏向慢速傳輸的應用，主要是用戶授權或是電子商務付款較為簡單的用途;Transfer Jet則結合UWB來達到高速傳輸的目的，容許更大的文件容量傳輸，讓用戶得以分享音樂、影片等大容量內容。針對高速而言，圖1顯示了目前Transfer Jet技術傳輸速度的比較，可以清晰地從圖上看到該技術的傳輸速度是目前Wi-Fi技術傳輸速度的近10倍，是Bluetooth傳輸技術的近100倍，是NFC傳輸技術的近1,000倍。

圖1：Transfer Jet的對比。

對于部分智能硬件而言，目前大部分都是使用Wi-Fi進行實時傳輸，但是對于特殊情況，例如電影、音樂、照片、錄像等大容量數據的快速傳輸，Transfer Jet無疑是個非常好的選擇。而且相對于Wi-Fi而言，Transfer Jet不受無線電干擾，也不會因此產生傳輸速度的下降。由于要求距離近(約3cm)、1對1通信且對接時間為0.1s,即使很多人同時使用，也不會由于無線電干擾而引起傳輸速度下降。東芝半導體推出的TC35420AXLG產品作為一款集成式芯片，將主要應用在智能手機、平板電腦等SDIO接口。該芯片集成了濾波器和高頻部件的小型模塊“TJM35420XLQ”、USB端子連接型產品“TJM35420UX”以及microUSB端子連接型產品“TJM35420MU”。該IC器件通過采用RF-CMOS工藝將Transfer Jet功能，即無線、信號處理、主機接口和存儲接口的功能集成在單一芯片上，真正意義上達到了高度集成。

東芝半導體的Transfer Jet除了能夠在親友之間使用，還可以直接商業(yè)化。不需要初始化設定，就可以在親朋好友之間進行即時的信息與內容的交換，智能手機間的簡單觸碰就可以實現;其也可以進行多媒體產品的線下銷售，通過Transfer Jet下載，NFC支付，例如，數字產品的販售廳可以在沒有網絡的情況下，在販售廳中使用手機直接買到自己想要的多媒體產品;IT設備間的本地數據傳輸，不需要連接數據線以及操作復雜的設置，就可以實現多設備之間無縫傳輸;同時，該技術也是O2O(Online to Offline)的優(yōu)秀推銷技術手段，智能手機間相互觸碰，信息、內容的推薦就可以顯示在朋友的手機中，這種方式可以宣傳最新的雜志、書籍以及電影等。

無線充電

對于優(yōu)秀的用戶體驗，無線充電在整個環(huán)節(jié)中是不可或缺的，不僅省去了USB和充電線的繁瑣需求，而且滿足消費者進一步簡化操作的要求。無線充電技術不僅能夠運用在消費電子，從終端到生產制造，到處都充斥著無線充電的影子。東芝半導體的無線充電系統(tǒng)也滿足這些終端的無線供電需求，從交流適配器到送電端系統(tǒng)到受電端系統(tǒng)再到電池管理芯片最終到電池，可基于接觸式充電，或是非接觸式充電，同時盡可能的降低系統(tǒng)能源損耗也變得至關重要。

目前為止，市場上無線充電方案良莠不齊，以使用LG WPC-300的芯片為例，實驗環(huán)境統(tǒng)一以該芯片為發(fā)送端，分別使用東芝半導體的無線充電接收端TC7763WBG產品以及A公司產品(原配產品)進行對比。從圖2可以看到，A公司的產品最大效率為64%，而東芝半導體的最大效率為68%。這里的4%的效率差異在接收端已十分明顯。

圖2：智能手機接收端最大效率數據對比圖。

對于用戶并不陌生的自發(fā)熱而言，圖3有著明顯的熱影像對比，分別在500mA和600mA的情況下，A公司產品的熱影像已經遠遠超過東芝半導體的情況，同時在溫度上也有著本質的差別。

圖3：智能手機芯片接收端發(fā)熱情況對比圖。

到目前為止，主流的無線充電標準有三種：Qi標準、Power Matters Alliance(PMA)標準以及Alliance for Wireless Power(A4WP)標準。東芝半導體目前已經加入了WPC和PMA協(xié)會，并正在加入A4WP協(xié)會，以便更好地面對無線充電產品應用，東芝半導體計劃在未來生產兼容多標準的無線充電芯片，來擴展其無線充電芯片系列。

用戶端無線傳輸

目前為止，很多智能硬件受限于形態(tài)。以手表手環(huán)，眼鏡類產品為例，低功耗必須是決策點。有人提出太陽能供電，但這種充電方式在便捷性和效率方面存在比較多的漏洞，太陽能供電也只能夠使用在某些特殊的應用場景中。

目前最合理且廣為大眾所接收的方式還是從降低功耗入手，無線連接就是最大的功耗殺手之一?，F今藍牙(BT)依舊是賦予穿戴產品最大希望的傳輸方式，很多優(yōu)秀的藍牙方案逐漸被市場所重視。新的產品會采用支持BLE的BT4.0產品，因為可以在極低的功耗下工作。隨著具備Bluetooth LE兼容性的Bluetooth智能設備的需求量不斷增加，東芝半導體推出了一款集成電路TC35667(見圖4)，其采用原創(chuàng)低功耗電路設計，并集成了一個高效的DC/DC轉換器，可將峰值電流消耗降至6mA以下，將深度休眠電流消耗降至100nA以下。該產品能延長小型紐扣電池的使用時間，幫助穿戴式醫(yī)療保健設備、傳感器和玩具等小型設備采用Bluetooth LE通信技術。

圖4：TC35667BLE藍牙芯片。

這款IC還集成了一個ARM處理器，支持下載和執(zhí)行存儲在EEPROM中的客戶程序。支持應用自定義，無需使用任何外部微控制器。小封裝(QFN40，6mm×6mm，0.5mm間距)可為穿戴式醫(yī)療保健設備、傳感器和玩具等小型設備帶來藍牙低功耗通信技術優(yōu)秀體驗。

東芝半導體通過近距離通信三大技術Transfer Jet、無線充電和NFC的融合，利用Transfer Jet實現高速數據傳輸，通過NFC認證付費，并結合符合通用標準的智能手機無線充電，實現可同時進行充電、數據傳輸、認證付費的全新應用。當然，也可支持個人使用、電子看板和車載設備上的應用。以上近距離通信技術，同時結合低功耗藍牙產品的導出，形成了完整的智能硬件產品的硬件底層平臺。