ウェアラブルに革新を起こすスマート接続ソリューション
Samir Vasavda はフィールド アプリケーション エンジニアです。米国で 4 件の特許を取得し、ノース カロライナ大学シャーロット校で機械工学の修士課程 (MSME) を修了しています。現在は、カリフォルニア州シリコン バレーにある TE のメンロー パーク オフィスを拠点に活動しています。
心拍数、消費カロリー、睡眠時間、歩数。エンジニアや、ガジェット好き、または健康的な生活を送りたいと考えているデータ駆動型の人なら、すでに Nike FuelBand、Jawbone Up、あるいは Fitbit タイプのデバイスを使用して、自分の活動レベルを追跡しているかもしれません。 Facebook が 20 億ドルで Oculus という拡張現実企業を購入したことや、Intel が 1 億ドル以上を投じて、心拍数、速度、睡眠などのパラメーターを追跡する腕時計を製造する企業 Basis を買収したというニュースを聞いたことがあるでしょう。Google Glass はすでに多くの開発者の手に渡っており、また Google は Android Wear も発表しています。Samsung のスマートウォッチ Galaxy Gear は第 2 バージョンが発売されています。Apple は最近スマートウォッチ (Apple Watch) を発表しました。これは、2015 年初めに出荷される予定です。
Motorola はつい最近、自社のスマートウォッチ Moto 360 を発表しました。Pebble ウォッチはどうでしょうか。Microsoft Band は新しいウェアラブル デバイスで、市場の他の製品と競合することになるでしょう。
スマート ウェアラブルの時代が近付いています
技術の世界は、他の変革に伴って進んでいます。メインフレームからデスクトップ PC へは約 20 年、デスクトップからラップトップ PC へは約 10 年で移行しています。さらに、ラップトップからスマートフォンやタブレットへの移行には 10 年もかかっていません。
そして現在も新たな革新が起きようとしています。それには 10 年もかからないでしょう。常時接続の中心となるのはスマート ウェアラブルです。TE Connectivity (TE) でウェアラブル機器の製品開発を統率する Mudhafar Hassan-Ali 博士は、「接続はゲームに通じるものがあります。」と話しています。メンローパークにある TEのラボでは、ウェアラブル製品に特化したソリューションの開発を専門に行うチームが活動しています。
特殊なコネクティビティ ソリューションが実現要因です
コネクティビティ ソリューションによって、家庭用電化製品の開発者はウェアラブル機器を開発できます。電力とデータの外部接続について考えましょう。標準コネクタは、サイズや見た目、技術などが原因で、ウェアラブル機器に適合しない場合があります。メガネは薄く、軽量で、見た目が美しくなければなりません。腕時計などのウェアラブル機器も、たいていの場合同じ基準を満たす必要があります。技術的な観点からはハーメティック シールされたデバイスが求められます。これによって、水中でも使用でき、汗やほこりなどの異物にも耐えられるようになります。これを実現するために、ユーザーは穴がない、あるいは開口部が最小限のデバイスを望んでいます。こうした問題に対処できるのが非接触ソリューションです。
面積も大きな課題です。メガネなどのウェアラブルは、必須ではない機能のスペースは最小限になるよう設計されています。こうした課題に対処するために、コネクティビティ業界の主要企業は、ワイヤレス充電と非接触データ伝送のソリューションを設計しています。
無線電力
技術の専門家は、「センシングの増加」の傾向を見ています。同じスペースに多くの機能が入るか、より小さいフォーム ファクタに同じ機能が入るようになります。そのため、電力を提供することは、大きな課題であると同時に機会でもあります。
無線電力は、共振誘導結合に基づいています。このポイントが機動力となって、複数の標準コンソーシアムが設立されました。ワイヤレス パワー コンソーシアム (WPC) というコンソーシアムは、Qi (自然エネルギーを表す中国語の単語。発音は「チー」) 規格に取り組んでいます。Alliance for Wireless Power and Power Manage Alliance (A4WP) という他のコンソーシアムには現在、Power Matter Alliance (PMA) が加わっています。
ワイヤレス充電で克服すべき障害は主に 2 つあります。1 つ目は、デバイスが密結合されていない距離からの充電です。そのため、目標は空間的自由度を実現することです。2 つ目の課題は、コイル (インダクタまたはアンテナ) の設計と、小型で複雑な形状のデバイス内にコイルを収める方法です。
優れたバッテリー技術 (フレキシブル、薄型、軽量、高速) と、電力の「収穫」 (太陽光、機械式動作、体温、その他の手段を使用するかに関わらず) を組み合わせることが、シリコンバレーなどの世界中のスタートアップ企業や大手企業によって検討されています。
非接触データ
非接触データは、電磁放射を使用して行われます。そのため、ケーブルとデバイスが近接している必要があります。短距離通信とも呼ばれ、ISM (工業、科学、医療) 帯域 (免許不要のスペクトル) を使用して、60 GHz帯域の超高周波数 (EHF) で行われます。プラスチックを貫通し、USB、VESA、SATA の各規格と互換性があります。課題は、高い電力要件と、起動とスリープを行う機能が必要なことです。また、堅牢性や低電磁障害 (EMI) に関する RF の専門知識や、連邦通信委員会 (FCC) などによる規制の順守のための知識も必要です。
アンテナ
外部入力/出力 (I/O) コンポーネントの場合、ワイヤからの自由度を実現して接続するうえで、アンテナは大きな役割を果たしてきました。ほぼすべてのものがモバイルになりつつあります。たとえば、世界最大のアンテナ サプライヤの 1 つは、毎年 5 億個以上のアンテナを出荷しています。ウェアラブル スペースでは、小型化と複雑化が進んでいるアンテナの形状とサイズが課題となります。
そのソリューションは、3D アンテナ用の MID (成形回路部品) や LDS (レーザー直接構造化) などの従来の方法と技術を使用してアンテナを作成することです。
一部の新しいアンテナは、複数のプロトコル (LTE、Bluetooth、Wi-Fi など) を使用して設計されています。アンテナは、マルチバンドにすることも、チューナブル アンテナにすることもできます。周波数は以下のいずれかにできます。
WLAN/WWAN/Voice
- 802.11 (a/b/g/n): 2400 ～ 2483.5 & 4900 ～ 5875 MHz
- LTE: 700 ～ 3,700 MHz のマルチバンド Metaspan アンテナ技術
- GSM/UMTS: 850 ～ 2,170 MHz のシングル バンドおよびマルチバンド
- WiMax: 2,300 ～ 3,800 MHz
その他
- ISM 900/ZigBee: 902 ～ 928 MHz
- Bluetooth 無線技術: 2,400 ～ 2,483.5 MHz
- ZigBee: 2,400 ～ 2,483.5 MHz
- UWB: 3168 ～ 10560 MHz
- 全地球航法衛星システム (GNSS): GPS 1565 ～ 1585 MHz
- DVB-H: 1,670 ～ 1,675 MHz
- NFC: 13.56 MHz
FCC およびその他の機関の規制順守は必須です。
TE は、シリコンバレーに近いカリフォルニア州アプトスにアンテナ開発研究所を構えています。ここでは、カスタマイズされた独自のアンテナ ソリューションを設計・開発・テストできます。研究所には、顧客のニーズに合わせて短期間での試作品製作と変更に必要なエンジニアリングの専門知識とリソースがあります。TE は、米国のハリスバーグ、台湾、日本、韓国、中国にも施設があり、7 つの RF チャンバー、CST、HSS シミュレーション施設を備えています。
その他の接続コンポーネント
複数の PCB (リジッドおよびフレキシブル) を接続するために、基板対基板コネクタは小さくなり、ピッチは 0.35 mm まで小さくなっています。電流の範囲は、電力で 1.5 A、信号で 0.3 A です。保持力は最大 10 N で、挿入力は最大 15 N です。
基板対フレックス コネクタは、高さの制約があるデバイスに非常に役立ちます。
モバイル デバイスの複雑化と機能の向上に伴い、複数のアンテナを備え、より高速なデータ速度に対応し、動作周波数の高い薄型デバイスに対するニーズが高まっています。
EMI シールドは、プレス加工された 1 ピースおよび 2 ピースのメタル ケージです。システム速度に影響を与えることなく、コンポーネントをボード レベルで絶縁し、クロストークを最小限に抑え、EMI 感受性を低減します。
スプリング フィンガ
充電、ドッキング、および接地には、小さなフォーム ファクタで優れた信頼性と耐久性を発揮する Pogo ピンが使用されます。
スプリング フィンガは、EMI ノイズと静電気を防止するアース処理と、振動からの隔離に使用します。
スプリング フィンガは幅広いポートフォリオを備えており、0.8 mm 〜 4.3 mm のさまざまな高さが用意されています。また、0.2 N 〜 1.0 Nの低い力で使用できます。
SIM カード コネクタ
SIM カード コネクタは、mini-SIM (2FF)、micro-SIM (3FF)、micro-SIM と micro-SD コネクタの組み合わせなど、ウェアラブル デバイスにとって不可欠になる可能性があります。
スマート ウェアラブルには明るい未来が待っています。業界をリードする企業独自の相互接続製品がこの素晴らしい革命を後押しすることは間違いありません。
ウェアラブルに革新を起こすスマート接続ソリューション
Samir Vasavda はフィールド アプリケーション エンジニアです。米国で 4 件の特許を取得し、ノース カロライナ大学シャーロット校で機械工学の修士課程 (MSME) を修了しています。現在は、カリフォルニア州シリコン バレーにある TE のメンロー パーク オフィスを拠点に活動しています。
心拍数、消費カロリー、睡眠時間、歩数。エンジニアや、ガジェット好き、または健康的な生活を送りたいと考えているデータ駆動型の人なら、すでに Nike FuelBand、Jawbone Up、あるいは Fitbit タイプのデバイスを使用して、自分の活動レベルを追跡しているかもしれません。 Facebook が 20 億ドルで Oculus という拡張現実企業を購入したことや、Intel が 1 億ドル以上を投じて、心拍数、速度、睡眠などのパラメーターを追跡する腕時計を製造する企業 Basis を買収したというニュースを聞いたことがあるでしょう。Google Glass はすでに多くの開発者の手に渡っており、また Google は Android Wear も発表しています。Samsung のスマートウォッチ Galaxy Gear は第 2 バージョンが発売されています。Apple は最近スマートウォッチ (Apple Watch) を発表しました。これは、2015 年初めに出荷される予定です。
Motorola はつい最近、自社のスマートウォッチ Moto 360 を発表しました。Pebble ウォッチはどうでしょうか。Microsoft Band は新しいウェアラブル デバイスで、市場の他の製品と競合することになるでしょう。
スマート ウェアラブルの時代が近付いています
技術の世界は、他の変革に伴って進んでいます。メインフレームからデスクトップ PC へは約 20 年、デスクトップからラップトップ PC へは約 10 年で移行しています。さらに、ラップトップからスマートフォンやタブレットへの移行には 10 年もかかっていません。
そして現在も新たな革新が起きようとしています。それには 10 年もかからないでしょう。常時接続の中心となるのはスマート ウェアラブルです。TE Connectivity (TE) でウェアラブル機器の製品開発を統率する Mudhafar Hassan-Ali 博士は、「接続はゲームに通じるものがあります。」と話しています。メンローパークにある TEのラボでは、ウェアラブル製品に特化したソリューションの開発を専門に行うチームが活動しています。
特殊なコネクティビティ ソリューションが実現要因です
コネクティビティ ソリューションによって、家庭用電化製品の開発者はウェアラブル機器を開発できます。電力とデータの外部接続について考えましょう。標準コネクタは、サイズや見た目、技術などが原因で、ウェアラブル機器に適合しない場合があります。メガネは薄く、軽量で、見た目が美しくなければなりません。腕時計などのウェアラブル機器も、たいていの場合同じ基準を満たす必要があります。技術的な観点からはハーメティック シールされたデバイスが求められます。これによって、水中でも使用でき、汗やほこりなどの異物にも耐えられるようになります。これを実現するために、ユーザーは穴がない、あるいは開口部が最小限のデバイスを望んでいます。こうした問題に対処できるのが非接触ソリューションです。
面積も大きな課題です。メガネなどのウェアラブルは、必須ではない機能のスペースは最小限になるよう設計されています。こうした課題に対処するために、コネクティビティ業界の主要企業は、ワイヤレス充電と非接触データ伝送のソリューションを設計しています。
無線電力
技術の専門家は、「センシングの増加」の傾向を見ています。同じスペースに多くの機能が入るか、より小さいフォーム ファクタに同じ機能が入るようになります。そのため、電力を提供することは、大きな課題であると同時に機会でもあります。
無線電力は、共振誘導結合に基づいています。このポイントが機動力となって、複数の標準コンソーシアムが設立されました。ワイヤレス パワー コンソーシアム (WPC) というコンソーシアムは、Qi (自然エネルギーを表す中国語の単語。発音は「チー」) 規格に取り組んでいます。Alliance for Wireless Power and Power Manage Alliance (A4WP) という他のコンソーシアムには現在、Power Matter Alliance (PMA) が加わっています。
ワイヤレス充電で克服すべき障害は主に 2 つあります。1 つ目は、デバイスが密結合されていない距離からの充電です。そのため、目標は空間的自由度を実現することです。2 つ目の課題は、コイル (インダクタまたはアンテナ) の設計と、小型で複雑な形状のデバイス内にコイルを収める方法です。
優れたバッテリー技術 (フレキシブル、薄型、軽量、高速) と、電力の「収穫」 (太陽光、機械式動作、体温、その他の手段を使用するかに関わらず) を組み合わせることが、シリコンバレーなどの世界中のスタートアップ企業や大手企業によって検討されています。
非接触データ
非接触データは、電磁放射を使用して行われます。そのため、ケーブルとデバイスが近接している必要があります。短距離通信とも呼ばれ、ISM (工業、科学、医療) 帯域 (免許不要のスペクトル) を使用して、60 GHz帯域の超高周波数 (EHF) で行われます。プラスチックを貫通し、USB、VESA、SATA の各規格と互換性があります。課題は、高い電力要件と、起動とスリープを行う機能が必要なことです。また、堅牢性や低電磁障害 (EMI) に関する RF の専門知識や、連邦通信委員会 (FCC) などによる規制の順守のための知識も必要です。
アンテナ
外部入力/出力 (I/O) コンポーネントの場合、ワイヤからの自由度を実現して接続するうえで、アンテナは大きな役割を果たしてきました。ほぼすべてのものがモバイルになりつつあります。たとえば、世界最大のアンテナ サプライヤの 1 つは、毎年 5 億個以上のアンテナを出荷しています。ウェアラブル スペースでは、小型化と複雑化が進んでいるアンテナの形状とサイズが課題となります。
そのソリューションは、3D アンテナ用の MID (成形回路部品) や LDS (レーザー直接構造化) などの従来の方法と技術を使用してアンテナを作成することです。
一部の新しいアンテナは、複数のプロトコル (LTE、Bluetooth、Wi-Fi など) を使用して設計されています。アンテナは、マルチバンドにすることも、チューナブル アンテナにすることもできます。周波数は以下のいずれかにできます。
WLAN/WWAN/Voice
- 802.11 (a/b/g/n): 2400 ～ 2483.5 & 4900 ～ 5875 MHz
- LTE: 700 ～ 3,700 MHz のマルチバンド Metaspan アンテナ技術
- GSM/UMTS: 850 ～ 2,170 MHz のシングル バンドおよびマルチバンド
- WiMax: 2,300 ～ 3,800 MHz
その他
- ISM 900/ZigBee: 902 ～ 928 MHz
- Bluetooth 無線技術: 2,400 ～ 2,483.5 MHz
- ZigBee: 2,400 ～ 2,483.5 MHz
- UWB: 3168 ～ 10560 MHz
- 全地球航法衛星システム (GNSS): GPS 1565 ～ 1585 MHz
- DVB-H: 1,670 ～ 1,675 MHz
- NFC: 13.56 MHz
FCC およびその他の機関の規制順守は必須です。
TE は、シリコンバレーに近いカリフォルニア州アプトスにアンテナ開発研究所を構えています。ここでは、カスタマイズされた独自のアンテナ ソリューションを設計・開発・テストできます。研究所には、顧客のニーズに合わせて短期間での試作品製作と変更に必要なエンジニアリングの専門知識とリソースがあります。TE は、米国のハリスバーグ、台湾、日本、韓国、中国にも施設があり、7 つの RF チャンバー、CST、HSS シミュレーション施設を備えています。
その他の接続コンポーネント
複数の PCB (リジッドおよびフレキシブル) を接続するために、基板対基板コネクタは小さくなり、ピッチは 0.35 mm まで小さくなっています。電流の範囲は、電力で 1.5 A、信号で 0.3 A です。保持力は最大 10 N で、挿入力は最大 15 N です。
基板対フレックス コネクタは、高さの制約があるデバイスに非常に役立ちます。
モバイル デバイスの複雑化と機能の向上に伴い、複数のアンテナを備え、より高速なデータ速度に対応し、動作周波数の高い薄型デバイスに対するニーズが高まっています。
EMI シールドは、プレス加工された 1 ピースおよび 2 ピースのメタル ケージです。システム速度に影響を与えることなく、コンポーネントをボード レベルで絶縁し、クロストークを最小限に抑え、EMI 感受性を低減します。
スプリング フィンガ
充電、ドッキング、および接地には、小さなフォーム ファクタで優れた信頼性と耐久性を発揮する Pogo ピンが使用されます。
スプリング フィンガは、EMI ノイズと静電気を防止するアース処理と、振動からの隔離に使用します。
スプリング フィンガは幅広いポートフォリオを備えており、0.8 mm 〜 4.3 mm のさまざまな高さが用意されています。また、0.2 N 〜 1.0 Nの低い力で使用できます。
SIM カード コネクタ
SIM カード コネクタは、mini-SIM (2FF)、micro-SIM (3FF)、micro-SIM と micro-SD コネクタの組み合わせなど、ウェアラブル デバイスにとって不可欠になる可能性があります。
スマート ウェアラブルには明るい未来が待っています。業界をリードする企業独自の相互接続製品がこの素晴らしい革命を後押しすることは間違いありません。
