可穿戴技能受到了用户的追捧，因为这些设备有助于剖析人们的日常活动，并可经过一种直观的方法交流信息，极大改进咱们的生活方法，给咱们带来便当。商场上有各式各样的可穿戴电子设备，最有名的是智能手表、活动监测器和健身手环。这些高度便携式设备被戴在用户身上，或以其它方法附着在人身上，能够经过一个或多个传感器丈量和捕获信息（参见图1）。
图1：一个典型的可穿戴设备能够整合用户数据和外部数据，它与一个外部设备合作作业，剖析并向用户显现信息。
这些设备继续监测用户的活动，即便他们在睡觉时也不破例。它们运转各种杂乱的算法，以提取有意义的信息。例如：佩带者的睡觉状况，并经过一种直观的方法和无线接口向用户显现监测成果。因为这些设备供给有或许改动用户活动的重要信息，它们必需做到牢靠、准确。此外，为了尽量延伸电池续航时刻，它们还应该尽或许的高效。
可穿戴设备一般内置一个或多个传感器、存储器材、衔接器材（射频操控器）、一个显现屏和一块电池（参见图2）。除了具有较高的功用性、牢靠性和能效之外，可穿戴设备还应该细巧、简便和廉价，并能够支撑各种不同的通讯形式。
图2：一个可穿戴设备的框图，图中显现了MCU、传感器、闪存、电池及电源办理器材、衔接子体系和显现器。
商场上现有的通讯协议包括ZigBee、Wi-Fi、经典蓝牙等规范协议以及芯片厂商拟定的各种专有协议。规范协议在规划时没有将低功耗视为一个重要特性，因而，很长时刻一来，大多数OE厂商挑选在他们的低功耗产品中运用专有协议。可是，运用这些专有协议造成了许多互操作性约束，并下降了规划的灵敏性。
为了消除这些局限性，并打造一个互操作环境，蓝牙技能联盟（SIG）推出了一个新的蓝牙版别－蓝牙智能，它是一个旨在以最低功耗完结短程通讯的无线规范。
蓝牙智能的优势
与经典蓝牙协议相同，蓝牙智能协议作业于2.4 GHz ISM频段，带宽为1 Mbps。但与经典蓝牙协议不同的是，蓝牙智能协议还供给很多合适低功耗可穿戴运用的特性。它的数据速率较低，这十分合适那些只需交流状况信息的运用。该协议经过优化，能够以固定时刻距离传送少数突发信息，然后让主机能够在传送信息的一起坚持超低功耗形式。此外，它还能将树立数据交流衔接的时刻缩短至几个毫秒。
蓝牙智能架构的每一层都为下降功耗而优化。例如，与经典蓝牙协议比较，它运用一个较大的物理层调制指数，后者有助于下降收发电流。链路层也为快速重连而优化，然后下降了功耗。操控器担任履行各种重要任务，例如：树立衔接和疏忽重复包，因而让主机能够更长地坚持低功耗形式。
蓝牙智能协议具有一个与经典蓝牙协议相似的牢靠架构，并支撑自适应跳频和32位CRC校验。此外，它还支撑一种名为“播送形式“的特别形式，该形式可让设备无需履行衔接程序也能传送信息。
蓝牙智能协议十分合适可穿戴设备，原因如下：
- 该协议专为完结超低功耗而优化；
- 低功耗规划有助于减缩电池尺度，然后消减产品的本钱、尺度和分量；
- 支撑那些以较长时刻距离交流少数突发信息的可穿戴设备；
- 便于推行，因为智能手机中内置支撑蓝牙智能的主机（支撑经典蓝牙和蓝牙智能协议的双模设备）。这与专有协议构成鲜明对比，后者需求厂商支付额定尽力才干保证衔接性。
可穿戴设备的一个典型运用形式为设备进入超低功耗或待机形式供给了多个机会（参见图3）。
图3：活动监测器等可穿戴设备的正常运用形式为设备进入超低功耗乃至待机形式供给了多个机会。
即便在活动期间，可穿戴设备也不用接连发送数据。无论是三轴加快计丈量的运动数据，仍是传感器感测的心率，数据都是周期性传送，一般是每个衔接距离传送一次。正常的程序是感测数据，转化数据，然后经过蓝牙智能衔接发送数据。其他时刻内，体系都处在深度睡觉形式。请留意，现有的大多数芯片处理方案供给多种功耗形式，可在给定的功耗形式下在电流耗费和唤醒时刻之间进行权衡。应根据体系的时刻要求挑选不同的形式。
有必要留意的是，通讯协议仅仅可穿戴规划的一个方面。除了通讯接口之外，可穿戴设备还包括传感器、一个用于处理传感器信号的模仿前端（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材、一个用于完结多种体系相关功用的处理器、一个电池充电器等多个其它模块。规划体系时，咱们需求一切这些组件完结最低功耗。
光学心率监测
让咱们以一款可监测心率的手环为例（参见图4）。光学心率监测器的作业原理是光电容积脉息波（PPG）技能，它经过处理血容量的改变生成心率数据。该技能运用一个LED照亮人体安排，并运用一个光电二极管丈量反射信号，后者包括血容量改变的信息。一个跨阻放大器（TIA）将光电流通化为电压，该电压然后被一个模数转化器（ADC）转化为数字信号。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，然后检测出心率；此外，还能够运用有源滤波器在模仿域中进行过滤。
图4：手环心率监测器剖析传感器处的血容量改变导致的光信号的改变。一个光电二极管读取反射信号，一个跨阻放大器将光电流通化为电压。模仿信号必需被转化为数字信号，然后经过过滤，才干取得心率数据。
完结数据剖析后，设备运用一条蓝牙链路将心率数据发送到手环或支撑蓝牙智能协议的设备上的蓝牙智能操控器。在某些光学心率监测器中，可穿戴设备运用一个独自的操控器处理心率数据，该操控器经过I2C/SPI/IART协议与主处理器通讯。
在这些体系中，多个离散组件的运用不只在电兼容和测验方面增加了体系的杂乱性，并且还增加了功耗（因为缺少对不运用时的AFE的操控）、BOM本钱和PCB的尺度。
为了处理这些问题，多家厂商推出了根据片上体系（SoC）架构的设备。这些设备不只内置一个操控器，并且还包括可用于完结大多数根本AFE和数字功用的模仿和数字体系。其间一款操控器便是根据赛普拉斯可编程片上体系（PSoC）架构的PSoC 4 BLE。该款SoC专为可穿戴商场而规划，包括一个8-MHz ARM Cortex M0 CPU、很多可装备模仿和数字资源和一个内置的蓝牙智能子体系（参见图5）。
图5：PSoC 4 BLE在一个封装中内置了处理器、存储器材、衔接器材、电源办理器材以及模仿和数字资源。
在模仿前端，该器材配有4个未装备的运算放大器、2个低功耗比较器、1个高速SAR ADC和一个面向用户接口运用的专用%&&&&&%式感应模块。在数字方面，它配有2个可用于完结I2C/UART/SPI协议的串行通讯模块（SCB）、4个16位硬件定时器计数器PWM（TCPWM）和4个可用于在硬件中完结数字逻辑（好像FPGA）的通用数字模块（UDB）。
为了展现SoC架构的优势，让咱们看一看图4所示的心率监测器运用PSoC 4 BLE后发生了哪些改变（参见图6）。在这个版别中，SoC运用其内部资源完结了一切功用。在该操控器以外，只需求几个无源组件和一个用于驱动LED、隶归于射频匹配网络的晶体管。这种集成架构消减了BOM本钱和PCB尺度，一起还能让规划人员操控AFE的功耗。
图6：手环心率检测器的SoC架构消减了规划的尺度、BOM本钱和杂乱程度。
除了这些优势之外，运用SoC架构还有助于缩短产品的上市时刻，原因如下：
- 随时可用的固件IP可为体系开发供给支撑。
- 因为各个模块归于同一个芯片，它们能够相互合作，并且不会发生时延。开发人员无需忧虑怎么对接它们、查看它们的逻辑电平或处理互操作问题。一切这些问题都已在器材内部得到处理。
- 可装备的环境可灵敏地整合最终一分钟的规划变更。
在某些规划中，一个Cortex-M0内核或许不足以满意处理才能要求。在这种状况下，能够运用一个Cortex-M3内核（如PSoC 5LP）来处理体系相关功用， 运用一个蓝牙智能SoC（如PSoC 4 BLE）来操控蓝牙通讯以及AFE和数字逻辑。
智能手机等支撑蓝牙智能协议的设备的日益遍及以及蓝牙智能技能的低功耗优势使得蓝牙智能成为可穿戴产品的事实规范。蓝牙智能可在一切协议层完结低功耗规划，并且作为一种规范协议，它还支撑互操作性。经过使用面向可穿戴商场的SoC，嵌入式工程师可减缩设备的尺度、功耗、BOM本钱、杂乱程度和上市时刻，然后能将更好的产品更快地推向商场。
