可穿戴電子設備實際上已有數十年的使用歷史，如助聽器、心臟起搏器和其它醫療設備在當今人們的生活中很常見。 實際上，許多消費電子產品已經變成與原始設計初衷并不一致，如手機有時是作為音樂播放器攜帶的，這并非其設計初衷，但由于消費者對功能和連接便攜性的需要，就自然而然變成這樣了。 可穿戴電子產品已由救生設備發展到時尚配飾，從活動監控手環、智能手表、智能眼鏡到 GPS 定位鞋：所有這些產品的市場需求目前都在增長。

圖 1：智能可穿戴電子設備。

可穿戴電子設備的興起雖然大多是消費者的需求推動所致，但可穿戴電子設備的應用領域亦是應有盡用：

資訊娛樂：用于了解資訊和娛樂，包括音樂、照片、視頻、導航和電子郵件。

活動追蹤：用于監控步行、睡眠、心率和攝食量等活動和身體機能，給個人消費者提供即時重要反饋，以便其據此采取行動來調整自身行為。

健康監控：用于監控被診斷的條件，以快速輔助診斷（不過考慮到隱私問題和法律法規的強制要求，此類技術必須經過較長的開發和測試周期）。

工業和企業：主要是可提供實時數據的腕戴式終端設備，包括監控工廠流程和更新庫存數據。 智能眼鏡和手環預計會獲得工業細分市場中遠程“無電腦”工作者的快速采用。

單兵系統：集成個人網絡、傳感器、外部通信和電源來管理系統。 單兵系統的目的之一在于，讓士兵通過與子系統相連的連接器和電纜連入更廣的戰場網絡。子系統性能高、堅固耐用、重量輕，從而便于士兵徒步行動。

定義可穿戴電子設備

可穿戴電子設備可定義為可接收輸入、處理接收的輸入和提供有用輸出的智能設備。 以活動手環的一項功能為例，該功能可接收并處理從傳感器接收的原始數據，隨后生成某個時間內行走步數的報告。 傳感器可對動作進行智能追蹤，分辨是步行還是其他動作。

傳感器是可穿戴電子設備的重要部件，小巧而精密化是其發展趨勢。 目前可用的傳感器種類繁多，最常見的是慣性測量裝置，通常是加速計。 加速計可追蹤特定動作、動作方向及其強度或速度。 以一個簡單的加速計應用為例：當旋轉手機或平板電腦（輸入）時，設備會對此動作進行處理，相應旋轉屏幕畫面（輸出）。

其他常見的傳感器包括壓力、溫度、位置和濕度傳感器，它們支持羅盤、GPS 和陀螺儀等應用來檢測動作。 醫療應用中使用的傳感器用于測量和監控血流量、脈搏、血壓、血氧含量、肌肉運動、體脂和體重等數據。 最成功的可穿戴電子設備，可運用算法將檢測到的原始數據處理成可供用戶操作的實用分析數據。

可穿戴電子設備必須具備與外界通信的能力。 盡管通過短距離無線電或其他無線協議進行無線連接十分常見，但市場上普遍要求通過 USB 端口進行有線連接。

許多可穿戴電子設備配有可供用戶交互的視頻顯示屏或觸摸屏。 易用性是此類小顯示屏設備的一項重大挑戰。 智能手表上即便采用高分辨率顯示屏，可操作的空間亦是十分有限。 要想保持易用性，則需要在屏幕空間的占用比和結果信息的可讀性間做出適當的權衡。 顯示屏的功耗管理是可穿戴設備領先制造商發展的主要動力。 他們廣泛使用功耗較全彩 LCD 或 OLED 顯示屏低的產品，例如電子墨水或電子紙等。 和任何電子設備一樣，可穿戴電子設備必須由可充電電池或其他充電方式供電。 這通常需要可連接電源的端口來給電池充電。 無線電力傳輸正在興起，將是集成在未來可穿戴設備中的一項關鍵功能，同時帶動用戶對防水功能的需求。

此外，可穿戴電子設備的另一共性是：可在某個應用程序進行更新或修改時，運行其他應用程序。 以與手機類似的智能手表為例。 智能手表就如同一臺計算機，穿戴者可在執行多種任務的同時，單獨連接到互聯網，進行關鍵的應用程序更新和下載。

可穿戴電子設備和物聯網

可穿戴電子設備是物聯網 （IoT） 的子集。 IoT 是互聯網“無遠弗屆”特性的遷移。 舉例來說，您可以在世界任何地方使用智能手機或智能手表遠程解鎖住宅、控制溫控器，或者啟動或解除安防系統的防護。

IoT 還可在無人工干預的情況下運作。 智能手表可通過預編程來在寒冷的早晨調高溫度，在夜晚調低溫度，或者查看天氣預報并相應調節室內溫度。

物聯網協議無處不在：IoT 的關鍵

IoT 的關鍵因素是互聯網協議 （IP） 的使用。 IP 是以太網和互聯網用于控制信息流的通信協議。 每臺連網的設備都有一個 IP 地址。 每臺具有 IP 地址的設備都能與其他具有 IP 地址的設備通信。 防火墻、密碼和其他安全措施用于控制哪些設備間可以相互通信。 可穿戴電子設備通過 IP 地址連入 IoT。

連入 IoT 的好處之一是，可穿戴電子設備無需以獨立設備的形式存在。 健身手環連入物聯網后，活動數據可下載到計算機的應用程序中。 隨后應用程序會隨時間的推移提供詳細的趨勢分析信息，以便追蹤健身進度。 智能手表的音樂播放器可使用云計算（簡稱“云”）來檢索歌曲。 深入探索可穿戴電子設備與 IoT 的世界，人們最終可實現隨處與各種物品進行互動，包括電視、房屋、汽車、電器和救生設備。此外，由于體積小巧，可穿戴電子設備還便于隨身攜帶或佩戴。

小即是美：封裝挑戰

電子元件的微型化和集成化促成了可穿戴電子設備的發展，能夠將眾多強大的功能整合到很小的空間內。 傳感器、計算機芯片、攝像頭、揚聲器和其他電子元件在體積越來越小的同時，其功能越來越強大。

將這些電子元件封裝到合適的外形尺寸并保證適當的生產能力是一大挑戰。 作為連接產品的領先制造商，TE Connectivity 由此與可穿戴電子設備的設計人員和制造商們展開著緊密合作。 圖 2 為典型的智能手表的連接器解決方案。 大部分解決方案以及其他組件的主要特點是扁平、基底面小。 外型扁平對設備本身呈現出纖薄設計而言尤其重要。

圖 2：智能手表連接器解決方案。

由于空間十分有限，部件集成不僅可簡化系統結構，還可充分利用可用空間發揮最大效能。 如圖 3 所示，手機天線可直接嵌入外殼中。 使用此類模塑互連器件 （MID） 和新興印刷天線技術，可在模制部件中集成電路走線、接地層和屏蔽層。 基底的材質可以是工程塑料，也可以是復合材料。 復合材料可提高材料強度，且模制和金屬化制作的性價比高，因此日益受到青睞。

圖 3：天線與其他電路元件可嵌入塑料基底中。

堅固耐用

許多可穿戴系統采用專門的設計，適合在從事運動或其他激烈活動時穿戴使用。 堅固耐用是一種相對概念，定義會依應用而異。 就耐用性要求而言，心臟監控器和自行車運動員活動監控設備是不同的。 單兵可穿戴設備必須在完全不同等級的耐用性條件下使用，需要承受更寬的溫度范圍、具備更大的抗沖擊抗振能力、更強的耐化學品或溶劑腐蝕性能，以防消費電子產品受損。

可穿戴電子設備越是能抵抗環境危害，其可靠性和易用性也就越強。 使用防濺 USB 端口和橡膠保護層可實現一定程度的耐候性，但并不能使設備真正具備防水性能。 設計人員希望關閉設備開口，實現防水設計 IP67/68 密封要求。 侵入防護 （IP） 等級用來指定電子設備周圍的外殼的環境防護能力。 防水功能不僅加強了設備的堅固耐用性，也提升了易用性。 市場上正在興起無線電力傳輸等方法。

磁連接電纜：USB 和同類連接器通過摩擦 配合來保持連接器的接合。 如圖 4 所示，另一種方法是使用磁鐵將連接器固定在電纜側的彈簧加壓觸點上。 設備側的觸點和磁鐵可密封，以防液體和濕氣進入設備。 與接合 micro USB 連接器不同，磁鐵可有助于將電纜拉入合適位置。

圖 4：磁連接電纜。

非接觸式數據連接：在設備和電纜組件中通過磁性連接件和收發器來建立無線連接。 此方法可支持 USB 2.0 和 3.0 等高速 I/O 協議。 收發器間距離短，可實現節能連接。

無線充電：不用直接電氣連接即可為電池充電。 無線充電（即感應充電）使用充電裝置和電子設備中的感應線圈來為設備充電。 充電線圈產生的電磁場可讓能量如同變壓器樣傳送到接收線圈。 無線充電的優點包括：

耐用性更強：對連接器無磨損

可靠性更高：污物無法再從連接器端口進入

易用性更佳：無需接合小型連接器

設計無約束：工業設計人員可無約束地創造獨特新穎的設備外形

壽命更持久：功率變送器制成常用物件，便于設備持續充電

無線充電的缺點包括：能效較低、發熱較多和充電較慢。 這些缺點彼此關聯，可通過更新線圈結構和提高耦合頻率來改善。 大部分可穿戴設備能耗極低，因此這些缺點所帶來的影響微乎其微。

智能紡織品和電子衣物

可穿戴電子設備的另一發展趨勢在于，紡織品中嵌入傳感器和電子設備，從專用運動裝到日常衣物都可實現。 挑戰在于，制造出的電子衣物需要與普通衣物無異，舒適性好、柔性佳且耐洗。 嵌入的互連器件與電子設備須自然隱蔽且穩固。 必須符合以下要求：

終端須穩固可靠、絕緣且防水

天線和收發器解決方案須內嵌于衣物且柔性佳

導電線纜絕緣且可伸展

小型可烘干電池

PCB/FPC 抗皺耐壓接

當今可穿戴電子設備市場的挑戰在于，生產的設備要能提供可改善我們生活的實用數據。 不論是戴于腕部、頭部或是腳部，可穿戴電子設備都必須具備時尚、耐用和易充電的特點。