可穿戴電子設(shè)備對(duì)設(shè)計(jì)工程師提出了前所未有的挑戰(zhàn)—設(shè)計(jì)工程師需要在沒有專用芯片組或標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)的情況下創(chuàng)建智能、緊湊和多功能的產(chǎn)品。由于專用芯片組(標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu))的缺失，設(shè)計(jì)工程師需要在可穿戴產(chǎn)品中使用為移動(dòng)和手持應(yīng)用設(shè)計(jì)的器件和互連技術(shù)。

　　如何在兩個(gè)不相關(guān)的器件之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字與模擬“鴻溝”的橋接是一個(gè)不小的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而這對(duì)于有嚴(yán)格空間和功耗限制的可穿戴設(shè)備來(lái)說更是難上加難。同時(shí)，發(fā)展迅速的市場(chǎng)要求設(shè)計(jì)工程師緊跟消費(fèi)者不斷變化的需求，快速升級(jí)現(xiàn)有產(chǎn)品的功能并推出全新的產(chǎn)品。

　　本文將針對(duì)可穿戴產(chǎn)品的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)進(jìn)行研究，并將探索如何使用可編程邏輯產(chǎn)品來(lái)解決這些問題。文章相關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)例旨在說明如何將專用可編程器件應(yīng)用于以下三個(gè)方面：

　　擴(kuò)展。使用額外的邏輯和定制功能擴(kuò)展現(xiàn)有ASIC和ASSP的功能和使用壽命。

　　升級(jí)。使用可編程邏輯產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)新協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，并通過橋接實(shí)現(xiàn)互不兼容元器件間的互連，以此升級(jí)可穿戴設(shè)備的設(shè)計(jì)。

　　創(chuàng)新。無(wú)需為ASIC開發(fā)投入大量時(shí)間和費(fèi)用，使用可編程邏輯產(chǎn)品提供的靈活平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能或全新的特性。

　　可穿戴設(shè)備帶來(lái)前所未有的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　可穿戴電子產(chǎn)品正處于發(fā)展早期，技術(shù)尚未成熟，就像地球上的生命進(jìn)化過程一樣，將發(fā)生像寒武紀(jì)生命大爆發(fā)一樣百花齊放的技術(shù)創(chuàng)新。可以預(yù)見至少在未來(lái)的3到5年內(nèi)將不斷有各種各樣的產(chǎn)品和試作面世，形成具備以下特征的市場(chǎng)：

　　●市場(chǎng)快速創(chuàng)新，而消費(fèi)者的需求也以同樣的速度快速變化;

　　●全新類型的產(chǎn)品出現(xiàn)和發(fā)展，有時(shí)候也會(huì)最終消失;

　　●出現(xiàn)眾多相互競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品，但未能形成標(biāo)準(zhǔn)的功能集;

　　●即使有也只有很少的標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)或接口標(biāo)準(zhǔn)。

　　在這段蓬勃發(fā)展的時(shí)期里，產(chǎn)品依托的半導(dǎo)體器件的發(fā)展將跟不上產(chǎn)品本身迭代更新的速度。由于IC開發(fā)通常需要12至18個(gè)月，如果制造商堅(jiān)持為可穿戴市場(chǎng)開發(fā)ASIC，很可能導(dǎo)致產(chǎn)品上市時(shí)功能并不盡如人意或已然過時(shí)。

　　沒有專為應(yīng)用優(yōu)化的微控制器(MCU)和ASSP，可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)工程師就必須使用通用的MCU或使用來(lái)自更成熟應(yīng)用的高度集成器件，如來(lái)自智能手機(jī)、平板電腦以及其他手持/移動(dòng)設(shè)備中的器件。上述這兩種方式都為設(shè)計(jì)工程師提供了高集成度的嵌入式計(jì)算平臺(tái)，無(wú)需為開發(fā)專用器件投入大量的時(shí)間和成本。不僅如此，很多開發(fā)工具和應(yīng)用軟件都支持大多數(shù)這些現(xiàn)成器件，這也是額外的優(yōu)勢(shì)。

　　雖然在可穿戴應(yīng)用中使用這類移動(dòng)專用器件可獲得諸多優(yōu)勢(shì)，但是設(shè)計(jì)工程師還是會(huì)在設(shè)計(jì)過程中面臨諸多挑戰(zhàn)。第一個(gè)挑戰(zhàn)是可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的變化非常快，最初產(chǎn)品中所使用的嵌入式計(jì)算器件可能不具備相關(guān)的接口和I/O功能用以支持下一代產(chǎn)品所需的所有新功能。為了跟上市場(chǎng)變化的步伐，設(shè)計(jì)工程師必須要為產(chǎn)品設(shè)計(jì)增加擴(kuò)展電路或?qū)ふ夜δ芨鼜?qiáng)的MCU/ASSP.

　　第二個(gè)挑戰(zhàn)，也正是更普遍的問題—大部分這些嵌入式計(jì)算器件并不具備相關(guān)接口用于可穿戴應(yīng)用中最常用的各類傳感器、顯示屏和其他I/O器件。在某些情況下，傳感器或顯示屏的接口不匹配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線，或不兼容系統(tǒng)應(yīng)用處理器使用的格式，這將導(dǎo)致“數(shù)字?jǐn)嗔?DigitalDisconnect)”的發(fā)生(圖1)。

　　圖1：“數(shù)字?jǐn)嗔?rdquo;常見于大多數(shù)CMOS圖像傳感器的LVDS接口和許多常用應(yīng)用處理器使用的CSI-2 I/O總線之間。