Apple Watch中的传感器
2015-05-23 19:11:49   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

Apple Watch是苹果公司于2014年9月公布的一款智能手表，分别为普通款（Apple Watch）、运动款（Apple Watch Sport）和定制款（Apple Watch Edition）三种。Apple Watch采用蓝宝石屏幕与Force Touch触摸技术，有多种颜色可供选择，能使用微信、微博等已开发Apple Watch专用的软件。

图1 Apple Watch

图2 Apple Watch中的传感器

表1 Apple Watch中的传感器

早前推测的惯性组合传感器为Invensense的产品，最终被证实使用了ST的6轴惯性组合传感器产品。这颗惯性组合传感器位于Apple Watch 主板的左上角，并没有与其他的芯片一起被放入整个系统级封装，这使得我们能够将这颗传感器先于其他芯片取下并进行分析。这颗惯性组合产品使用了3mm x 3mm x 0.86mm的LGA封装，封装正面的标记并不是传统的代表Part number等信息，而是由一个二维码以及C504组成。这颗6轴惯性组合传感器中的ASIC芯片使用了5层金属布线，其中顶层金属为铝布线，下面4层都为铜布线。数字区域中测量到的最小线宽为121nm。

为了能够看到更多MEMS芯片的信息，我们使用红外显微镜（IR）拍摄了这颗MEMS芯片的平面图片，并且对芯片进行了纵向分析。通过IR图片，我们可以看出，这款惯性组合产品的MEMS芯片将3轴加速度计与3轴陀螺仪集成在同一颗芯片上，这种布局与ST官方发布的iNEMO Inertial Module如出一辙。加之2013年ST新推出Always-On 6轴惯性传感器组合产品系列，并在2014年进行量产，其中具有代表性的是LSM6D系列。据称这个产品系列中高能效MEMS传感器的功耗小于2mA，并且都采用了相对较小的封装，种种迹象都表明这系列的产品非常有可能是为了可穿戴设备推出的。

图3 意法半导体6轴惯性传感器

Apple Watch中使用的环境光传感器是来自于奥地利微电子的产品TSL2590，封装尺寸为2.15mm x 1.30mm x 0.42mm。芯片使用了3层铝布线制程，数字区域测量到的最小线宽为0.35um。环境光传感器中的光敏器件区域尺寸为0.75mm x 0.83mm，其中每个单元的尺寸大约为90um x 80um。

图4 奥地利微电子的环境光传感器

苹果在iPhone 6 Plus中没有使用楼氏电子的麦克风产品，但在Apple Watch中，我们再次发现了楼氏电子的麦克风的身影。产品封装尺寸为2.80mm x 1.88mm x 0.92mm，封装的标记由二维码以及0444KMM1组成。MEMS麦克风中的MEMS芯片的厚度为248.2um， ASIC芯片厚度为105um，使用了3层铝布线制程。我们在查看这颗楼氏电子的麦克风芯片时，发现了一个有趣的现象。一般麦克风芯片的振动薄膜上的声学孔位于中间位置，而这颗芯片的声学孔靠近芯片的边缘位置。

图5 楼氏电子MEMS麦克风

Force Touch压力传感器是苹果在2015春季发布的全新的触控板技术。通过Force Touch，设备可以感知轻压以及重压的力度，并调出不同的对应功能。Force Touch是自Multi-Touch之后，又一个意义非凡的全新传感功能。

图6 苹果Force Touch压力传感器

Apple Watch在心率传感器方面，采用的是光体积描记器，其工作原理是血液反射红光并吸收绿光的特性。Apple Watch使用绿色LED灯，配合对光敏感的感光器，可以检测任意时间点流经手腕的血液流量。心脏跳动时，流经手腕的血液会增加，吸收的绿光也会增加；心跳间隔期，流经手腕的血液会减少，吸收的绿光也会随之减少。Apple Watch内置的两颗绿色LED灯可以每秒闪动数百次，从而计算出每分钟的心跳次数，也就是心率。

通常，Apple Watch先利用红外线每10分钟就测量一次你的心率。不过，如果红外线系统提供的读数不充分时，Apple Watch就会自动切换至绿色LED光模式。此外，为了应对对心率信号进行补偿，避免信号过弱影响读数，苹果表示对心率传感器进行了针对性的设计，比如提高LED亮度和采样率。

图7 苹果心率传感器