スマート・ウェアラブル・デバイスのためのワイヤレス・ソリューション

ウェアラブル市場

スマート・ウェアラブルは、世界中の何百万人もの人々に、より良い健康を維持し、仕事で生産性を維持するためのモチベーションを高めてきました。米国の有酸素運動および筋力強化に関するガイドラインを満たす成人の割合は、1998～2018 年の間に 14% から 24% にまで上昇しました。新型コロナウィルスは、人々が病気を予防し、混雑した病院を避けたいと考えるようになったため、健康的な生活習慣の高まりに拍車をかけました。これにより、世界のフィットネストラッカー市場は加速し、2028 年までに合計で 1,140 億ドルの価値にまで達すると予想されています。

Silicon Labs の BGM220S が、小型化、製品化までの時間の短縮、超低消費電力設計を実現することで、ソニーミュージックのコンサート体験の向上にどのように貢献したかをご覧ください。

スマート・ウェアラブルとは？

ウェアラブルとは、ユーザーが活動や生体認証を監視し、デバイスやクラウド上のユーザーデータに安全にアクセスできるバッテリー駆動デバイスです。ウェアラブルの例としては、スマートウォッチ、リストバンド、自転車センサー、ヘッドマウントディスプレイ、スマートウェアなどがあり、その用途は限りなく広がっています。

スマート・ウェアラブルでできること

ウェアラブルには、心拍数、血中酸素、温度、動きなどの生体信号や物理信号を追跡するセンサーがあります。そのデータを無線でクラウドやスマートフォンに送信し、歩数、移動距離、消費カロリー、睡眠の質など、ユーザにとって意味のある情報を提供します。ウェアラブルは、運動中に音楽をストリーミングしたり、通知、電子メール、電話を表示できます。

スマート・ウェアラブルデバイスのメリット

ウェアラブルは、音楽を聴いたり、友人と交流したり、運動の目標を日常の活動に取り入れたりするなど、運動をより親しみやすくすることで、健康を保つために簡単に生活を管理する方法をユーザーに提供します。また、デバイスメーカーにも活動や睡眠のトラッキング、心拍数モニタリングとECG、バーチャルリアリティ（VR）対応型アクティビティアプリケーションなど、新しいアプリケーションの機会を提供しています。

Silicon Labs のスマート・ウェアラブル向けソリューション

Silicon Labs は、信頼性の高い低エネルギー接続と最先端の IoT セキュリティを備えた、洗練されたデバイスを設計するための完璧なワイヤレス・ソリューションを提供します。当社は、独創的な省電力戦略で、電池寿命を延ばしながら、屋内外に信頼性の高い接続を提供する、Wi-Fi および Bluetooth のソリューションを提供しています。NCP や SoC など、さまざまなモードでのシームレスな SDK 統合と組み合わさり、ウェアラブル製品の製品化までの時間を短縮するための支援をいたします。

消費電力の最小化

ユーザは屋内でも、屋外でも、ウェアラブルデバイスをすぐに接続したいと考えています。ウェアラブルは設計上リソースに制約があることから、ワイヤレス性能とエネルギー効率の適切な組み合わせを得ることが課題となっています。Bluetooth LE では、BG27 は 0 dBm で 4.3 mA の超低送信電力 (TX) と 3.6 mA の受信電力 (RX) が特徴としており、-98.9 dBm の類まれなる RX 感度は出力パワーを減少させます。ARM Cortex®-M33 は、48 µA/MHz のアクティブ電流と 1.8 μA のスリープ電流に、64kB RAM 保持を特徴としており、BG27 は、最小限の電力オーバーヘッドでコンピューティングのニーズを満たします。Wi-Fi の場合、Silicon Labs の RS9116 Wi-Fi SoC は、競合 SoC と比較して、伝送電力を最大 70%（1 Mbps）、WLAN スタンバイ関連電力（1 秒間隔）を最大 90 % 削減し、常時オンの Wi-Fi でバッテリーを節約します。

マルチプロトコル設計の合理化

ウェアラブルは、スマートフォンやセンサー用の Bluetooth Low Energy、クラウド用の Wi-Fi、ヘッドフォン用の Bluetooth Classic などの複数のエンティティに常時接続されています。では、BoM、設計の複雑さ、電力を最小限に抑えながら、強力なマルチプロトコル機能をどのように実装するのでしょうか？その答えは、RS9116 Wi-Fi NCPモジュール などのマルチプロトコル・ソリューションで、Wi-Fi のシングルおよびデュアルバンド 802.11 a/b/g/n、Bluetooth Low Energy とマルチプロトコル共存、Bluetooth Classic を 1 つのチップに組み合わせます。

ウェアラブル・フォーム・ファクタを最適化する

ウェアラブルにはスモール・フォーム・ファクタのコンポーネントが必要です。Wi-Fi の場合、 RS9116 は業界最小のフォームファクターの事前認証済み Wi-Fi モジュール (4.63 x 7.90 mm)を提供します。これは、事前認証済みの RF と統合型アンテナにより、SoC と比較すると製品化までの時間を短縮し、開発コストを削減しながら、スマートな設計に最適です。Bluetooth LEの場合、CSP の BG27 (2.3 x 2.6 mm) または、CSP (3.1 x 3.0 mm) の BG24 は、非常に小型で魅力的なウェアラブルデバイスを設計できる柔軟性を備えています。

ウェアラブルの電池レベル追跡を改善するには？

製品デザイナーとして、ウェアラブルの予期しない電池消耗を防ぐにはどうすればよいでしょうか？BG27 の統合クーロン・カウンターにより、ウェアラブル・デバイスで正確な電池レベル追跡を実装して、ユーザ体験を向上させることができます。

DCDC コンバータでウェアラブルデバイスを強化

当社の BG27 超低消費電力 Bluetooth LE SoC は、0.8 V - 1.6 V または 1.71 V - 3.8 V の幅広い電圧範囲を提供する統合 DCDC コンバータが特徴です。単セルアルカリおよびボタンセルの使用で動作可能で、製品サイズとコストを削減し、電池の使用時間を延長できます。

ウェアラブルのセキュリティに関する考慮事項

接続されたウェアラブルデバイスが健康情報を処理して送信するということは、ユーザーに対して極度のプライバシーへの脅威が及んでしまう可能性があります。Silicon Labs は、市場で最も高度な IoT セキュリティ・ソリューションである Secure Vault™を提供しています。これにより、論理的なサイバー攻撃や物理的な改ざんからデバイスや顧客を保護し、ブランドの信頼性を高めることができます。

Wi-Fi アクセスポイントの互換性を最大化する

サードパーティのテストラボである Novus Labs は、Wi-Fi 切断ゼロ、TCP 切断ゼロ、100% のアプリケーションやメッセージ受信が 55 秒に 1 回の頻度で送信される、数百台のルーターの RS9116 の相互運用性テストを実施しています。ウェアラブルデバイスの Wi-Fi アクセス・ポイントの互換性を最大化したい場合、RS9116 Wi-Fi IoT ソリューションが最適です。

ウェアラブルで AI/ML を有効にする方法

将来的には、ウェアラブルデバイス上のAI（人工知能）とML（機械学習）が重要になり、クラウドへの往来を回避することでレイテンシーを削減しながら、よりインテリジェントなアプリケーションとデバイス上のコンピューティングを可能にします。Bluetooth SoC 上の AI/ML ハードウェア・アクセラレータを内蔵した Silicon Labs の BG24は、1/6の電力で 4 倍速の速さの ML 推論を提供し、中央プロセッサをウェイクアップして実行する必要がなく、ウェアラブルの電力節約を可能にします。

スマート・ウェアラブル・デバイスのワイヤレス・ソリューションのブロック図