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Halbleiterhersteller unterstützt Wearables-Entwickler:

Referenz-Kit für Sportuhren

29. Mai 2015, 13:21 Uhr | Stefan Drouzas

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Hardware des Sportuhren-Referenzkits von Toshiba

Der TZ1001MBG basiert auf einem Cortex-M4F-Kern von ARM mit Fließkommaprozessor und DSP-Erweiterungen für die schnelle Verarbeitung von Sensorsignalen. Ein MEMS-Beschleunigungssensor ist direkt im Gehäuse integriert, sowie zahlreiche weitere Funktionsblöcke: Ein Mehrkanal-Sigma-Delta-A/D-Umsetzer mit 24 bit, ein Bluetooth-Low-Energy-Controller, ein USB-Controller und ein Flash-Speicher. Dadurch reduziert sich die Anzahl externer Komponenten erheblich.
Zusätzlich zum integrierten Beschleunigungssensor enthält das Referenz-Kit auch ein MEMS-Gyroskop und ein MEMS-Magnetometer, die über SPI- und I²C-Schnittstellen angeschlossen sind. Diese Sensoren bilden ein Subsystem zur Trägheitsmessung, das Bewegungen und Gesten erfassen kann. Damit werden auf der einen Seite sportliche Aktivitäten aufgenommen, z.B. Schrittzähler, und auf der anderen Seite Benutzereingaben detektiert, z.B. durch Schütteln, sowie die Bildschirmausrichtung gesteuert.
Das Referenz-Kit verwendet zur Pulsmessung den optischen Sensor SFH7050 von Osram. Der Sensor befindet sich auf der Unterseite der Uhr und liegt praktisch auf der Haut des Nutzers. Die Pulsmessung erfolgt über eine grüne LED und einen Detektor, der das reflektierte LED-Licht empfängt. Wellenlängen im Grünbereich haben sich als optimal für die Pulsmessung am Handgelenk erwiesen.

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Der Sensor verfügt auch über einen Infrarot-Sender für die Annäherungserkennung – sobald der Nutzer die Uhr anlegt, kann die Pulsmessung starten.
Kontaktloses Laden ist für kleine mobile Geräte äußerst praktisch und auch das Sportuhren-Referenz-Kit von Toshiba ist dazu in der Lage. Unter den verschiedenen Standards entschied man sich für den Qi-Standard des Wireless Power Consortium (WPC) mit Fremdkörpererkennung. Der hierfür eingesetzte Qi-Empfänger TC7764WBG von Toshiba wird in einem kombinierten CMOS-DMOS-Wafer-Prozess gefertigt, entwickelt weniger Wärme als seine Vorgänger und erreicht einen Wirkungsgrad von bis zu 95 %. Die Protokoll-Authentifizierung ist bereits im Qi-Empfänger integriert, was den Host-Mikrocontroller entlastet und die Software-Entwicklung vereinfacht.
Als Anzeige wird im Referenz-Kit ein Passiv-Matrix-OLED-Farbdisplay mit 128 × 128 Pixel und einer Diagonallänge von 38 mm eingesetzt, das durch die zugrunde liegende OLED-Technik sehr dünn ausfällt. Es wird auf der Oberseite des Gehäuses (Bild 2) angebracht, sodass mehr Platz im Gehäuseinneren für die restliche Elektronik verbleibt.

Die Starrflex-Leiterplatte mit sechs Kupferlagen trägt auch den optischen Sensor, die Bluetooth-Antenne und den Prüfanschluss. Das Starrflex-Substrat ist platzsparend dünn, vereinfacht die Bestückung der Komponenten in der Fertigung und begünstigt deren optimale Positionierung. Durch Biegen der flexiblen Leiterplattensegmente in der Uhrenmontage wird die räumlich exakte Anordnung der Komponenten im Uhrengehäuse möglich. Beispielsweise kann so der optische Pulssensor leicht in eine Öffnung an der Gehäuseunterseite eingebaut werden, um möglichst nahe am Handgelenk des Nutzers zu liegen.
Ein passendes Uhrengehäuse vervollständigt die Hardware des Referenz-Kit. Sein quadratisches Design ermöglicht Anwendern das bequeme Tragen der Sportuhr am Handgelenk und gibt Entwicklern genügend Platz für alle Bauteile.