Meta 眼鏡與 Oura 戒指中的半導體：AR1、PSoC 6、MAX86178F 做什麼

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在 Meta 眼鏡中製造一張照片的晶片是 Qualcomm Snapdragon AR1 Gen 1。在 Oura Ring 4 中，Infineon PSoC 6 系列 MCU 與 Analog Devices MAX86178F AFE 負責感測器控制與生理訊號擷取。眼鏡處理相機與語音所產生的瞬間資料負載，戒指則用小電池長時間重複光學量測。

沿著這個差異看下去，就能看出穿戴式半導體的選擇標準。對眼鏡來說，影像處理量與記憶體頻寬重要；對戒指來說，光學訊號品質與平均電力重要。以下以 2023 年款 Ray-Ban Meta 與 Oura Ring 4 為中心，連結晶片的角色、資料流、電力與封裝空間。

穿戴式裝置的效能不是由一顆運算晶片決定。讀取光與聲音的電路、搬移資料的記憶體、開關電源的電路，會一起決定產品的使用時間。

1. 先看晶片地圖，兩個產品的設計就分開了

Ray-Ban Meta 採用 AR1，出現在 Meta 與 Qualcomm 的官方發表中。Oura Ring 4 的 PSoC 6、MAX86178F 與 Bosch 加速度感測器，則由 TechInsights 在拆解的 JZ90-54218-15 樣品中辨識出來。 Meta · Qualcomm · TechInsights

AR1 是整合多項工作的 SoC，PSoC 6 是控制感測器並執行程式碼的 MCU。MAX86178F 位於前端，把感測器進來的微小電訊號轉換成數位資料。比起背名字，看它負責 感測器 → AFE → MCU/SoC → 記憶體 → 無線 的哪個位置，更能快速理解系統。

戒指的 LED 與光電二極體也是半導體。LED 把電流轉換成光，光電二極體把進來的光轉換成電流。兩者之間放著手指組織，AFE 讀取那個電流。MCU 對齊打開光源的時點與讀取資料的時點。

2. Snapdragon AR1：一顆相機背後需要的運算區塊

2023 年 Ray-Ban Meta 搭載 12 MP 相機與 5 顆麥克風。Qualcomm 提出 AR1 的核心為雙 ISP、第 3 代 Hexagon NPU、影像與音訊處理及低功耗設計。這不是由一顆 CPU 處理相機產生的全部像素的結構，而是連接適合各項工作的專用區塊的結構。 Meta 產品發表 · AR1 產品資料

影像感測器把進來的光輸出成像素值。ISP（Image Signal Processor）在把這份資料做成人眼所見影像的過程中，負責色彩還原、雜訊抑制、曝光與色彩調整等處理。以相機的 Bayer 色彩濾鏡為例，每個像素只讀取紅、綠、藍中部分色彩資訊，因此需要利用周圍樣本還原色彩的過程。

接著依儲存或傳輸需求壓縮影像。NPU 負責神經網路運算，CPU 負責應用程式執行與控制。即使處理同一個畫面，ISP 產生畫質、編碼器產生位元流、NPU 產生模型輸出，結果各不相同。把功能分給專用區塊，可以減少 CPU 持續複製與計算大型像素陣列的負擔。

Platform functions from Qualcomm documentation; the product configuration in this article is the 2023 Ray-Ban Meta.

在這個結構中，記憶體頻寬為何重要，可以用簡單的設計例計算。以每像素 12 bit 讀取 12 MP 畫面，一個畫面是 18 MB。以每秒處理 30 個這種畫面的虛擬輸入而言，資料率是 12,000,000 × 12 ÷ 8 × 30 = 540 MB/s。

光是把中間影像寫入記憶體再重新讀取的步驟，該步驟的資料移動量就變成 540 × 2 = 1,080 MB/s。也就是說，除了感測器輸入之外，處理步驟之間的移動也會增加。這正是 ISP 的 line buffer、區塊間直接傳遞與減少記憶體存取次數重要的原因。上述計算是說明壓縮前資料路徑的例子。

若只看照片檔案是幾 MB 來判斷內部頻寬，就會漏掉這段中間移動。儲存檔案已經是壓縮後的結果，處理過程中存在更大的畫面與工作用緩衝區。把整個畫面區域保存在記憶體的方式，與逐行處理的方式，所需的儲存空間與延遲也不同。

5 顆麥克風不是為了把聲音放大五倍的構成

多顆麥克風在不同位置讀取聲音。利用麥克風間的到達時間與訊號差異，可以用來強調想要方向的語音或減少周圍噪音。消除從喇叭出來又重新進入麥克風成分的 echo cancellation，也與通話品質有關。

音訊路徑中流動的不是像素，而是等間隔的樣本。以設計例來說，若從 5 顆麥克風各讀取 48 kHz、24 bit PCM，則為 5 × 48,000 × 24 = 5.76 Mbit/s，即 720 kB/s。資料率比影像小，但樣本的時間對齊、不中斷的處理與短延遲很重要。

例如以 10 ms 為單位處理時，每個通道有 480 個樣本進入一個區塊。區塊綁得愈大，呼叫次數愈少，但第一個樣本等待結果的時間愈長。語音命令與通話會讓使用者直接感受到這份延遲，因此緩衝長度與執行優先順序和處理量一樣重要。

3. Oura Ring 4：PSoC 6 與 MAX86178F 把光變成資料

Oura Ring 4 以多波長 PPG、數位溫度感測器與加速度感測器讀取身體的變化。Oura 說明的 Smart Sensing，是從 18 條光學訊號路徑中選擇符合配戴狀態路徑的方式。TechInsights 的拆解摘要中出現了 2 顆多色 LED 與 3 顆光電二極體。 Oura 技術介紹 · Smart Sensing · 拆解摘要

PPG（Photoplethysmography）的起點不是光源的亮度，而是隨時間變化的受光訊號。LED 把光照到手指組織上，一部分被吸收，一部分返回。光電二極體把它轉換成電流，脈動造成的微小變化疊在相對大的背景訊號之上。

AFE（Analog Front End）把這個電流轉換成容易讀取的電壓或電荷訊號，處理環境光與偏移，並以 ADC 數位化。若只因有效訊號小就提高放大，可能因環境光或大的 DC 成分而超出輸入範圍。必須一起調整光源電流、積分時間、接收範圍與取樣。

ADI 公開的 MAX86178 產品系列 資料說明了最多 6 顆 LED 與 4 個光電二極體輸入、兩個光學接收通道與每通道的 20-bit ADC、環境光消除電路。這個結構展示了把光源選擇與微小光學訊號的數位轉換集中在一個 AFE 中的方法。 ADI MAX86178

20-bit 轉換有 2²⁰ = 1,048,576 個碼。但電路需要區分的不是碼數本身，而是雜訊中的脈動變化。讓受光電流能充分利用 ADC 的輸入範圍，並在不飽和的情況下讀取微小變化，才是實際類比設計的課題。這也是要一起看 ADC 解析度與感測器系統 SNR 的原因。

PSoC 6 位於營運這項量測的一側。它傳遞感測器設定、對量測完成做出反應、讀取資料並交給濾波、儲存與通訊工作。讓 AFE 讀好訊號的工作，與 MCU 及時取走結果的工作，是不同的設計課題。

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PSoC 6 的雙核心產品系列同時放了 Cortex-M4 與 Cortex-M0+。Infineon 的系統設計文件分別提出最高 150 MHz 與 100 MHz，並說明核心之間的共用記憶體與通訊。在這個產品系列結構中，可以分開運算量大的工作與輕量控制。 Infineon AN215656

要善用兩個核心，也需要分工的標準。若每個感測器事件都互相鎖定與解除共用緩衝區，同步成本會變大。先在一側收集一定量再交出所有權的方式，可以減少傳遞次數，但會使用更多記憶體與延遲。低功耗 MCU 的設計不只是降低時脈，也包括減少喚醒次數與傳遞的資料量。

加速度感測器提供動作這個額外線索。當光學訊號劇烈晃動時，一起看同一時間的加速度變化，有助於解釋動作造成的污染。溫度感測器提供不同時間軸的變化。要一起使用多個感測器的值，也需要準確的時間戳記與時間對齊。

4. 讓戒指能用好幾天的是平均電力

以設計例來說，假設 3.8 V、20 mAh 電池使用 7 天。標稱能量是 3.8 × 20 = 76 mWh，運作時間是 7 × 24 = 168 h。因此平均電力預算是 0.452 mW。若可用能量以標稱的 80% 計算，負載預算會降到 0.362 mW。

把 LED 脈衝放上去，就能看出光學設計的重量。若一顆 LED 以 10 mA、100 μs、每秒 100 次打開，duty cycle 是 1%，平均電流是 0.1 mA。若 LED 電壓以 3.0 V 計算，平均光源負載是 0.3 mW。在加上驅動器損耗之前，就已占了上述 0.362 mW 預算的大部分。

在這種情況下，比起改善 MCU 幾個百分點的速度，調整光源脈衝的長度、次數與電流，可能帶來更大的變化。不過減少光源能量，受光訊號也會改變。這不是單純削減電流的問題，而是要找到能獲得所需訊號品質的最小光源能量。

平均電力可以把各運作狀態的電力乘上停留時間再合計。Pavg = Σ(Pi × ti) ÷ T。把光學量測、資料處理、無線同步與待機狀態分開，就能看出哪個狀態在消耗電池、應該改變哪個頻率。

短暫的通訊若重複，也會變貴。以設計例來說，10 mW 負載每分鐘運作 1 秒，平均是 10 ÷ 60 = 0.167 mW。同樣的 1 秒工作若每 5 分鐘做一次，則是 10 ÷ 300 = 0.033 mW。傳輸打包與應用程式更新延遲之間的選擇，會連接到電池時間。

光學量測的脈衝寬度、喚醒 CPU 的週期、打包無線傳輸的大小，都在共用同一份平均電力預算。

PMIC 既是充電器，也是電源的分配裝置

感測器與 MCU 要求不同的電壓與雜訊條件。PMIC 把電池電壓轉換成所需的電源，關閉不用的負載，並控制充電。這條路徑本身的消耗必須小，才能有長待機時間。

穿戴式電源電路的例子 TI BQ25120A 整合了充電器、buck converter 與 LDO/load switch。TI 提出的 700 nA typical，是 buck 開啟且無負載狀態的靜態電流。這個規格顯示了在低負載下，電源電路本身的電流為何重要。 TI BQ25120A

LDO 的損耗可以簡單用 Ploss = (Vin − Vout) × Iload 計算。在從 3.8 V 供應 1.8 V、1 mA 負載的例子中，負載使用 1.8 mW 的同時，LDO 以熱的形式消耗 2.0 mW。不計靜態電流的理想效率約為 47%。

buck converter 可以用切換方式降壓來減少這份損耗，但必須考慮電感、切換雜訊與輕負載運作。對敏感的類比電路，也可以在 buck 後面放 LDO 的構成。這不只是電壓效率的選擇，也要一起對齊主機板空間與量測雜訊。

5. 記憶體與 BLE：樣本要以什麼形式保留多久

以設計例來說，若在 4 個通道以每秒 100 個讀取 3 bytes 樣本，資料是 1,200 bytes/s。一天的原始資料是 1,200 × 86,400 = 103,680,000 bytes，即 103.68 MB。以下計算不含標頭與時間戳記。

若要保存這個資料流 10 分鐘，需要 720 kB。32 KiB 緩衝區約能裝 32,768 ÷ 1,200 = 27.3秒 的量。因此決定緩衝區大小，也同時決定 MCU 必須取走資料的最長間隔。即使 CPU 因其他工作忙碌，也必須在超過這個間隔之前處理。

可以不讓每個感測器都產生中斷，而是把樣本收集在 FIFO 中，累積到一定數量時再通知。若路徑支援 DMA，CPU 不必逐樣本複製，可以把周邊裝置與記憶體之間的傳輸交給它。這樣減少的 CPU 活動，會回報為待機時間擴大與其他處理的餘裕。

在無線方面，除了有效資料之外，連接事件、協定標頭與重傳也會消耗能量。若非常頻繁地送小封包，即使資料少，清醒的時間也可能變長。反過來，若打包得很大，需要更多記憶體，資訊到達應用程式也會延遲。

削減樣本的位置也很重要。在 AFE 後面把原始資料全部搬走再削減的方式，會原封不動地留下前端的匯流排負載。若能在感測器或周邊裝置階段只交出需要的資料，之後記憶體與無線的工作量也會一起減少。資料路徑前方的選擇，會影響後方多個區塊的電力。

6. 最後的設計在晶片外的空間決定

眼鏡腿中必須放入運算部、電源、電池與音訊零件。戒指必須在更短更窄的空間內，讓感測器面向皮膚，並對齊光進出的窗口。縮小晶片面積與做出可配戴產品之間，存在主機板、光學與機構設計。

小型 WLCSP 是減少封裝面積的選擇，但細微的接點間距會讓主機板配線與組裝公差變困難。把多個元件綁成 SiP，可以把主機板上的連接移入封裝內。相對地，必須在封裝層級處理內部連接、熱、測試與良率。

在戒指的光學部，LED 的光不經皮膚直接漏到光電二極體的路徑是個問題。光學窗口的位置、遮光結構、零件間距離與對齊，會影響訊號的背景成分。即使使用同一個 AFE，光學結構改變，適當的光源電流與接收範圍也可能不同。

在 RF 設計中，金屬外殼與人體改變天線的環境。此時若把天線位置與 matching 當成主機板完成後的附帶工作，重新設計會變大。必須與電路、機構設計一起確認配戴狀態的連接品質，才能減少用在重傳上的能量。

熱也要一起看平均值與短暫負載。長時間拍攝或上傳會把運算與無線負載集中在眼鏡腿的小區域。熱擴散到外殼的路徑、與皮膚接觸的面、工作的持續時間，左右溫度上升。即使電池總量充足，也可能先因熱而限制可維持的處理量。

從這兩個產品讀出的核心很清楚。AR1 的設計是及時處理畫面與語音、同時減少資料移動與發熱的問題；Oura 的感測器設計則是在以所需品質獲得微小訊號的同時，精確分配光源、AFE、MCU 與無線活動的問題。即使同為穿戴式裝置，優先最佳化的電路也不同。

Sources

• Meta, Ray-Ban Meta 發表, 2023-09-27.
• Qualcomm, AR1·XR2 平台發表, 2023-09-27.
• Qualcomm, Snapdragon AR1 Gen 1, 平台功能。
• Oura, Ring 4 技術介紹, 2025-03-18.
• Oura, Smart Sensing, 2024-10-03.
• TechInsights, Oura Ring Gen 4 Teardown, 2025-05-22.
• Analog Devices, MAX86178, 產品系列功能及 datasheet。
• Infineon, AN215656, PSoC 6 雙核心系統設計。
• Texas Instruments, BQ25120A, 電源電路設計例子。

資料確認及修訂：2026-09-29。以 AI 的協助撰寫。設計例子的輸入值標示在各計算中。

Disclosure

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📚 連載目次

• 第 0 回：Meta 眼鏡與 Oura 戒指中的半導體（入門）
• 第 1 回：智慧手錶大腦戰爭 — Apple S10 vs Snapdragon W5+ Gen 2 vs Exynos W1000

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