MCU如何適應(yīng)可穿戴設(shè)計中的尺寸限制？

消費類電子產(chǎn)品經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)有無數(shù)種各類用途的設(shè)備，從專業(yè)設(shè)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(chǎn)品往往遵循相同 的設(shè)計趨勢：設(shè)備功能變得越來越強大、體積小巧和省電?？纱┐髟O(shè)備集中體現(xiàn)了這一趨勢，它是一種便攜、電池供電、高集成度的設(shè)備，負責從高精度模擬測量到 直觀用戶界面的所有一切?？纱┐魇皆O(shè)備開發(fā)人員必須仔細的在多種集成電路（IC）中匹配產(chǎn)品的需求，有時還需要同時應(yīng)對相互矛盾的優(yōu)先選項。
　　例 如，讓我們仔細思考，在靈巧的可穿戴式設(shè)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(shè)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(shè)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(shù)。一個簡單的電 容感應(yīng)觸控接口實現(xiàn)用戶輸入，一個三色LED提供剛好夠用的富有表現(xiàn)力的輸出，這使產(chǎn)品可以提供方便且具吸引力的個性功能。這個產(chǎn)品設(shè)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(chuàng)新和產(chǎn)品差異化。
　　我們的產(chǎn)品需求
　　讓我們先來勾畫出產(chǎn)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(yīng)用程序，該設(shè)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(shè)計需求包括：
　　? 最小化可實現(xiàn)的外形尺寸：帶有外殼的產(chǎn)品應(yīng)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(shè)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(cè)，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(shù)
　　? 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(jīng)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(fā)
　　o 1秒鐘紅/黃/綠輸出：指示一天內(nèi)達到33%、66%和100%步數(shù)的百分比，在輕敲觸摸接口后持續(xù)幾秒鐘
　　如何實現(xiàn)小型化？
　　CR2032 電池的直徑是20mm，高度是3mm。很顯然，我們的系統(tǒng)必須比它稍微大些，但是我們?nèi)绾卧诂F(xiàn)實中實現(xiàn)可穿戴設(shè)備的小型化呢？讓我們假設(shè)產(chǎn)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?nèi)绾巫钚』撛O(shè)計的高度并保持大致紐扣電池那樣的尺寸呢？ 在產(chǎn)品的垂直堆疊中，它的高度由四種器件尺寸構(gòu)成：電池、印制電路板（PCB）、PCB上的器件和產(chǎn)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(shè)計來說至關(guān)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(shù)中多年持續(xù)進步的成果。在WLCSP封裝中，硅被直接連接到封裝一側(cè)的焊球上，與之相反，舊有技術(shù)通過綁定線連接硅端口焊盤到封裝引腳。這種設(shè)計的影響是封裝能夠設(shè)計成寬度和高度都接近內(nèi)部硅片自身尺寸的大小。
　　IC 供應(yīng)商們爭相發(fā)布WLCSP的封裝支持現(xiàn)有的多種設(shè)備，從而獲得極小封裝類型的好處。此時會出現(xiàn)的挑戰(zhàn)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(jīng)適應(yīng)小封裝尺寸（例如3mm×3mm QFN封裝）。EFM8SB1 WLCSP封裝尺寸僅為1.78mm×1.66mm。