一只会说话、会振铃、防水、防震、防偷、防身的Dick Tracy手表真的是电子工程界一个永远无法实现的神话吗？抑或它是一项最终将证明像MP3播放机、DVD录像机和汽车电话一样流行的即将实现的技术吗？
《电子工程专辑》在此向业界抛出了这个Dick Tracy问题,并假定它是一个集成了天线、麦克风、扬声器、彩色显示器和用于双向视频通信的彩色相机的3G手机手表。许多工程经理使我们确信,从技术层面来看,这个愿景即将变成现实。但这些经理也反问我们一个问题:为什么要自找麻烦去设计这么一个产品？难道这个时代真的有人想要一块Dick Tracy手表吗？
对这类产品要在尺寸、成本、功耗、性能和上市时间方面获得很好的平衡是一件很不容易的事情,尤其是遭遇可否被市场广泛认知时,TI无线终端业务部首席技术专家Mike Yonker指出,对任何拟议中的产品,“所有这五个准则彼此非常相关,所以需要仔细评估。”但是,这种滑稽侦探的神奇手表也提出了令人头疼的挑战,Yonker说,因为它需要在极其宝贵的空间上实现最简单的用户界面,更别说工程师需要考虑的较为模糊的可佩带附件设计中的“人性因素”单元了。
飞利浦半导体公司副总裁Mario Rivas评论说,“毕竟,一个手表就是一件饰品。”人们常常给它加上情感价值。
梦幻飞行曲
手表的概念几乎出现一百年了。辉煌的巴西飞行家Alberto Santos-Dumont为这种设计提供了灵感,当时他向他的朋友——著名的法国珠宝商Louis Cartier抱怨说,他在飞行时无法腾出手来掏口袋里的怀表。
Cartier于是在1904年设计了Santos-Dumont原型表。两年后,Santos-Dumont在时尚的巴黎戴上了这块手表,当时他开着自己设计的外形古怪的双翼飞机14-bis,首次完成大约200英尺距离的飞行。当Santos-Dumont从飞机机舱出来并看手表以确证他创造了一个新纪录时,在场的人群得以一瞥Cartier的手表设计。那是历史上最成功的产品展示之一。尽管Cartier能迅速推出其原型设计,但Dick Tracy手表设计却是更难琢磨的。但其却像智力训练题一样充满诱惑,尤其是那些儿时喜欢过连环画的工程师。
飞利浦的Rivas说,他参与过两个基于寻呼机的Tracy型双向无线电手表项目设计,这两次都是在他加入飞利浦之前。没有什么能比Dick Tracy手表项目那样更“让工程师感到刺激。”他说,它是一个“交叉学科”训练,“有助于你看到自己的弱点,”逼迫你“充分发挥自己的技术极限。”但Rivas也承认这两个无线电手表项目都没有带来成功的投资回报。
的确,没有一个Tracy手表项目曾经被当做杀手级应用。在走马灯式的概念演变中,出现过手表计算器,出现过具手表特征的数字字母寻呼机,出现过能接收电脑所发信息的手表PDA。所谓的智能手表就是基于订户的个人化数据服务,由微软公司的MSN通过FM无线电波广播来推广,但它还远没有获得决定性的成功。
在去年德国汉诺威举行的CeBIT大会上,三星公司展示了两款带一个2G蜂窝电话的手表(一款带GPRS,另一款带CDMA)。它们都不带视频相机。尽管这两款手表当时产生很大轰动效应,“但没有一款看起来已经真正进入韩国市场。”In-Stat/MDR的首席分析师Allen Nogee说。
在今年年初法国举行的3GSM大会上,印度的Reliance Mobile公司演示了一种叫做Telson TWC 1150的手表电话,它带一个韩国Telson Electronics公司的内插式相机。虽然该产品可以戴在手腕上,但它给工艺饰品赋予了新的含义。而且,由于仅重98克,它据说是世界上最轻的cdma2000 1x电话。
即使在那些声称已经准备将Dick Tracy手表变成现实的人当中,大部分人现在似乎也乐意暂时放弃3G电话,而这却是一个真正的Tracy手表似乎应该具备的功能。的确,3G是“丢失的一环”,In-Stat/MDR的Nogee指出,“如果3G是强调数据演变和W-CDMA,那么现在还没有任何一种手表电话采用了这些技术。”就W-CDMA而言,功率要求和芯片尺寸就是问题,或许目前有限的市场开拓也是个问题。
尽管一个“常规的”3G电话目前售价500美元,但同等的手表电话则要1000美元,Nogee说。“首先,我得放弃将它制成一个UMTS(通用移动通信系统)电话。”飞利浦的Rivas强调。一个3G电话意味着需要“将3G和2G接收器集成在一起,并且具有处理这两种协议的能力。”他说。鉴于3G网络基础设施还远谈不上普及,Rivas指出:“不存在3G电话手表的商机。”
微型化是个关键,ST公司先进系统技术(AST)集团副总裁Alessandro Cremonesi强调:“你不能简单地把一对现成的3G芯片和一个相机塞进一个3×3厘米或2×2厘米的设备之中。你需要设计一个全新的专用芯片,它将非常昂贵。”
除了把目前的系统级芯片技术缩减到65纳米之外,还需要实现根本性的架构和物理变革,Cremonesi指出:“我们需要依靠堆叠芯片、系统级封装和片上无源器件的技术。”
但是这个设计的射频方面,即前端模块,却不太会成为问题,Agilent技术公司无线半导体部战略行销经理William Mueller确信这一点。曾经是手机中最大部件的陶瓷双工器已经缩小到6×12×2毫米,这要归功于Agilent公司开发的薄膜声学谐振器(FBAR)技术,Mueller说。FBAR技术用来生成基本的频率成形元件,包括滤波器、双工器和用于振荡器的谐振器,同时改进它们的尺寸和性能。
“我们已经有了合适的滤波和低电压功率放大器技术,这在Dick Tracy手表中非常有用,”Agilent公司无线半导体部全球行销经理Philip Gadd说。事实上,三星在开发其基于CDMA的手表电话时就来Agilent寻找过微型双工器。虽然那个电话手表没有在美国卖,但该项目促使这些公司之间建立了联系,而且Agilent的第二代双工器就用在了三星的翻盖式CDMA电话上,Gadd补充道。
许多人说电池寿命和电池尺寸是设计电话手表时遇到的最大障碍。RadioScape的行销副总裁Nigel Oakley提到“拿现在的电话同手表相比,功耗会有150倍的差别。”一个普通的手表可以不间断地运行三年,它需要的电流只有1毫安；而一个集成有DSP和射频功能的手机则至少需要150毫安。“‘手表’确定了人们的期望,”飞利浦的Rivas指出。早期用户也许不在乎每天为其手表充一次电,他说,但“如果我在匆匆忙忙去伦敦商业旅行时忘了带充电器,那么这个手表就玩完了,既不能看时间,也不能当电话。”
如果不考虑成本,许多工程师说他们愿意使用锂离子聚合物型电池,因为采用这种新技术的电池轻薄纤小而且外形灵活多变。从理论上讲,德州仪器公司的Yonker指出:“人们可以把一个电池盒塑在该聚合物可用的空间内。”
下一个头疼的问题是天线。“微型化天线的确适合低功率设备,但对于一个象移动电话这样的广域网通信设备来说,你需要一个高效率的天线。”ST公司AST集团研发部总监Marco Bianchessi评论说。一些人建议把天线放在表带上,但飞利浦的Rivas反对这么做,因为在上世纪90年代曾经这样尝试过但没有成功。一些戴表者不喜欢嵌有天线的塑料表带,而换之以一个皮表带,从而无意间毁了这个天线,他指出。
接下来就是用户接口的问题。“I/O是一个更需要技巧的问题。”Agilent公司传感器方案部行销经理Feisal Mosleh说。
显然,表盘太小以致于无法用手指作为输入设备来完成大部分操作。“你不可能在一个0.75x0.75英寸的地方实现很实用的功能,而且没人打算用一个钢笔或发针来操作其手表。”Jon Peddie Research公司的总裁兼分析师半开玩笑地说。
对一个Tracy手表来说,TI的Yonker表示,便利的单手操作甚或免提操作是“必须的”,他完全排除用钢笔作为输入的做法。“大多数PDA或其它电话/电子秘书混合设备都不成功,因为他们需要双手操作。”他评论道。语音激活指令也许是一条可行的路子,他表示,但“不幸的是,目前还没有准确率达100%的语音识别器。”而且即使可靠,语音输入也可能不切实际。“你会把手表贴近腮边对它下令吗？接听问题该怎么解决？你会把手表放到耳边聆听吗？不管是哪种做法,你看起来都会很好笑。”Yonker评论说。
许多工程师建议采用已在很多移动电话上实现的蓝牙技术,它可以使手表电话可以采用基于蓝牙的无线耳机。“你甚至可以在衣领上夹一个无线麦克风并在耳环上镶嵌话筒。”Yonker指出。
为了避免直接对着手表说话,ST公司的Bianchessi表示,该设计也许需要“一个体积非常小、灵敏度特别高的基于MEMS的新型麦克风。”一个“以及最先进的DSP和带有一个内置方向性的麦克风阵列。”他补充道,有可能还可以使整个设备“跟踪说话人,同时又不会拾取背景噪音。”
工程师们还提到:要求用户时时刻刻拿眼睛盯着手表的彩色显示器是没有意义的。一旦信息下载到手表之中,他们说,它就可以定向发到一个更具用户友好的电视、电脑或PDA上观看。类似地,下载到手表之中的任何音乐也可以无线方式传送到一个独立的便携MP3播放机或客厅里的娱乐系统之中。简而言之,通过把蓝牙成为Dick Tracy手表的一个必需单元,工程师们就可以把许多复杂的音频和视频功能以无线方式分配到消费者已经拥有的大量设备中。“一个作为蓝牙设备的Dick Tracy手表现在已经接近实现。”TI的Yonker指出。
这里的麻烦在于并非所有的蓝牙设备都是可互操作的。虽然应用层互操作可以在一个手机和一个耳机之间实现,但一个基于蓝牙的手表很难跟踪,比如说,如果有五个基于蓝牙的消费设备,它们中的每一个也许就有一个不同的应用层协议。
“蓝牙目前还没有通过即时自动配置方面的测试,”Yonker指出,“也许要等上两三年它才能成熟。”
在遵循分布式无线网络概念的Tracy手表设计方案中,有一些很具创造性,ST公司的Cremonesi和Bianchessi将Tracy手表定位成一个网络核心,当它通过蓝牙无线连接到一个移动电话时数据率就会上升。该手表是一个短距离、低位率、低功耗的设备,它配备有这样多种无线技术,如射频识别、ZigBee和蓝牙,当连接到一个手机时就可以同广域网互连。因而下载到该手表的音频和视频内容的质量会随着该手表连接到独立的数码相机、显示器或音响时而提高。
这种基于“一条渐进道路”的设想将确保Dick Tracy手表维持低功耗,同时可满足其最初的设计目标,即作为一种短距离通信设备。”Cremonesi指出。
Agilent公司的Gadd设想将该手表连接到一个具有许多蜂窝点的微功率无线电网络。虽然这样一个网络可能“需要一个全新的基础设施。”一些人将其描述成是4G或5G移动通信的一个基础,但它将保留Tracy手表作为一个低功率、短距离设备的地位,因而与ST公司大设计师们方案殊途同归。
网络化手表是一个很酷的概念。但是带有存储器、基带处理器和多媒体编码解码电路的Tracy手表运行起来可能会太热,因而让人感觉不舒服。“甚至可能将手腕烧脱皮。”MIPS技术公司市场开发和系统解决方案部的总监Jeff Sasagawa指出。
Agilent公司的Gadd提出了解决这个问题的一个方法:就象现在的移动电话那样,较热的部件可以放在手表的表盘一侧,从而将用户同热表面的接触降到最低。
会有市场吗？
如此说来一个Tracy手表的确可以造出来。但它应该被制造出来吗？为了找到一个市场,MIPS公司的Sasagawa强调一件消费电器“必须带来方便并提高性能,同时还能提供一定的时尚观感。”为了满足这些标准,Tracy手表必须有一些特色应用,要利用其可佩带附件的特征。Sasagawa说这样的手表对基于GPS的监控/定位服务、医疗和运动应用(检查心律等)、企业或综合应用等也许会有用。
寻找客户是一大挑战,分析师Peddie说:“工程行销法的思路是‘我们能做这个,所以让我们做吧’或者‘我们做它是因为我们能做’,它的问题是它把宝贵的资源浪费在科研项目和构思有缺陷的概念上。”
“那些概念可以变成产品,而且更多的资源花在试图销售这些产品上,”Peddie指出,“随后人们购买它们,使用一阵子,但新鲜劲儿会过去,其效用不足以维持需求或兴趣。所以它们或者变成柜子里的物件或电子摆设。”
是否需要一个电话手表的问题在目前这个时代也许很不切实际,ST公司的Cremonesi评论说,现在许多年轻人已经忘记手表。对他们来说,他指出:“口袋里的一个移动电话已经代替了手表。”
“口袋里的移动电话”,嗯,也许在现代Santos-Dumont对他的电子工程界的朋友说还是把蜂窝电话戴在手腕上更方便些之前,这样的日子不会太长。
作者:吉田顺子
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