【導讀】2021 年 5 月，Qorvo 宣布了收購 NextInput 公司，作為其傳感器融合產(chǎn)品線的首次收購，Qorvo 對于 NextInput 在改善人機交互（HMI）市場的創(chuàng)新給予了厚望。同時，也意味著 Qorvo 除了在 RF MEMS 之外，也擁有了 MEMS 壓力傳感器的技術積累。
NextInput 創(chuàng)始人兼 CEO Ali Foughi 在收購時就曾表示：“我們將繼續(xù)使命，通過出色的傳感解決方案帶來創(chuàng)新并徹底改變觸摸體驗。Qorvo 廣泛的互補技術產(chǎn)品組合和世界一流的供應鏈能力使我們能夠快速擴展業(yè)務。在并入一家半導體解決方案的全球領導者后，我們希望在 HMI（人機界面）市場能夠繼續(xù)締造成功?！?/p>
那么如今一年后，Qorvo 在壓力傳感器方面都做了哪些？近日我們采訪到了 Qorvo 工程師 Will Wang，請他介紹下如今壓力傳感器在HMI領域的現(xiàn)狀與前景，涵蓋手機、可穿戴以及汽車等方面。
壓感的想象空間有多大？
Will 表示，MEMS 壓力傳感器相對于傳統(tǒng)的觸控而言，是一種全新的交互方式補充。直觀而言，“觸摸”是一個動作，“施壓”也是一個動作。大腦在手指點擊手機屏幕上某個 APP 時會得到“打開”這一期待，同時大腦也會在你按壓某個物品時，會根據(jù)按壓表面的不同力度而期待不同的結果，而這也就是壓力傳感器所要實現(xiàn)的作用——準確判斷出施加在物體上的力度，并使裝置完成大腦的預想。
與僅有 XY 軸的二維電容傳感方案相比，將壓力傳感器與電容傳感器相結合，可增加 Z 軸（垂直方向）數(shù)據(jù)交互，從而為 HMI 應用帶來更多可能。此外，由于 Z 軸壓力的數(shù)據(jù)量更為豐富，不只是可以實現(xiàn)一個簡單的 on/off 操作，而是通過不同的壓力值，來傳遞更多信息。
同時，另外一種方式則是通過布置多顆壓力傳感器，并且配合相應的算法，僅憑借壓力傳感器就可以實現(xiàn) XYZ 的三維識別。這一技術理論上可以適應包括金屬，厚手套，帶水操作等多種環(huán)境挑戰(zhàn)。
理論上來說凡是機械按鍵或者電容觸控開關的場景，都可以嘗試使用壓力傳感器來替代，使其具有免打孔、免誤觸、增強防水性等多項優(yōu)勢。
然而，Qorvo 在 HMI 上的野心，不只是“按鈕的替代品”，而是有著更廣闊的想象空間。
多種壓力傳感器技術，滿足不同應用
壓感增強游戲手機的操作體驗
壓力傳感器如果想要取代電容或其他傳感器，最重要的是要找到應用痛點。壓力傳感器最早出現(xiàn)在 iPhone6s 上，并實現(xiàn)了 3D Touch 功能（Peek 和 Pop），不過這一功能缺乏足夠的殺手級使用場景，因此并沒有獲得用戶及開發(fā)者的廣泛青睞，蘋果幾年后果斷將 3D Touch 更換為了 Haptic Touch，用軟件方式實現(xiàn)類似功能，從而節(jié)約了成本和功耗。安卓的生態(tài)同樣如此。
然而，隨著手機市場的細分化，包括游戲手機、折疊屏等新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)，讓 Qorvo 看到了新機遇，成功導入包括黑鯊、魅族、iQoo 等產(chǎn)品中。比如在黑鯊中，通過結合壓力傳感器及黑鯊的專用設置軟件，實現(xiàn)了雙區(qū)屏幕壓感觸控操作，為游戲增加了更多差異化。例如 MOBA 游戲中，在移動攻擊時通過壓感功能瞬間加血和換裝，F(xiàn)PS 類游戲中，在移動瞄準時按壓射擊，走位射擊時按壓瞬間趴下等等，在競速類游戲可以全屏幕范圍靈活控制油門和剎車力度，一系列的例子可表明，壓力傳感器方便了操作，也可增強游戲的打擊感體驗。而除了游戲之外，壓力傳感器也被黑鯊擴展到系統(tǒng)應用中的壓感導航，用戶可以在任何地方按壓一下屏幕就可以掉出操作導航，使手機變成單手操作神器。
Will 補充道：“壓感可以實現(xiàn)更準確的操作，并且不會被誤觸發(fā)，這一需求將隨著全面屏、折疊屏、游戲手機等的出現(xiàn)而增長?！?/p>
據(jù)介紹，目前壓感的實現(xiàn)有兩種方案，一種是以模組形式出現(xiàn)，利用 MCU 處理壓感信號。這種模組是多塊 FPC 構成，因此手機中框必須要開多個大孔，并且 FPC 的耐久度、良率等都存在著一些弊端。
Qorvo 的方案則是通過單顆集成了傳感器和模擬前端的芯片，無需 MCU 便可直接與 CPU 通信，且開孔較小，對堅固性、散熱等相對影響較小，且安裝更為簡便。
據(jù) Will 介紹，目前 Qorvo 的方案只需兩顆芯片便可以實現(xiàn)上下屏雙指壓力檢測。
而針對無側按鍵設計的壓力傳感器應用，Qorvo 則將會提供傳感器融合的方案，包括壓力傳感器、紅外線傳感器、超聲波傳感器以及模擬前端實現(xiàn)的單芯片方案無按鍵方案，其中 IR 起到定位作用，這樣就可以僅用一顆傳感器就可以簡單實現(xiàn)壓力感應，從而簡化設計，并避免了誤觸操作。
重要的是，Qorvo 可以提供完整的硬件方案以及軟件算法，從而掃清設計障礙，使客戶可以更專注于利用壓力傳感器實現(xiàn)應用的差異化。
TWS 全面體現(xiàn)壓感的差異化
盡管 Apple 在后期的 iPhone 中沒有選擇壓力傳感器，但在 TWS 上卻全面擁抱了壓力傳感器。TWS 應用的 HMI 主要痛點就是電容傳感器誤觸，包括頭發(fā)、雨水、汗水、油脂等都會造成誤觸，從而影響體驗。此外對于采用 MEMS 加速度傳感器通過敲擊來操作的，實際體驗也不如壓力傳感器直接。據(jù)了解，目前應用于 TWS 的壓力傳感器已經(jīng)從中高端逐步向中端市場導入。
Will 表示，對于 TWS 應用而言，Qorvo 的產(chǎn)品由于其單芯片，小尺寸，支持數(shù)字輸出，模組簡單等優(yōu)勢，更適合該場景應用。而且隨著市場上導入案例增多，客戶也越來越有信心。
其他可穿戴設備
除了 TWS，包括手表、手環(huán)甚至 AR/VR 設備，對于壓力傳感器而言都具有廣闊的發(fā)展前景。以智能手表為例，Google-Fitbit 采用了 Qorvo 的方案，從而取代了手表中的機械開關、旋鈕或滑塊，可以使手表防水性能更高。
不過 Will 也提到，目前針對智能手表，是否取消機械按鍵還存在著許多爭論，如對于手表的審美認知，或者心率測量等功能，無法取代機械按鍵。但至少對于可穿戴設備中的電容觸控方案來說，壓力傳感器是完全可以勝任的，而且支持水下/潮濕等環(huán)境，使其可以有更好的體驗。
生產(chǎn)力工具的體驗提升
壓力傳感器還非常適合生產(chǎn)力工具。同樣以 Apple 為例，其筆記本一直采用了 Force Touch 技術，并被客戶廣泛認可，如今這一技術正受到更多品牌商的青睞。
另外則是對于生產(chǎn)力應用的平板電腦，以及手寫板等，壓力傳感器都可以憑借高階細膩的Z軸響應，仿真出類似“畫筆”等功能。
汽車將是另外一個爆發(fā)點
Qorvo 也表達了對汽車市場的關注。作為唯一一家通過車規(guī)級認證的壓力傳感器供應商，其產(chǎn)品已廣泛應用在包括特斯拉、吉利、奇瑞等車型中，并且通過了包括 Valeo、延鋒以及均勝三家 Tier1 供應商的 PPAP 認證。
其應用場合包括了車門、多功能方向盤、中控等，其中僅特斯拉一輛車上，就采用了 10 余顆壓力傳感器。尤其是隨著“給手機裝上輪子”這一概念的深化，我們看到汽車駕駛室內(nèi)部，無論是儀表盤，主控屏、中控盤甚至副駕屏都在朝向更多更大的方向發(fā)展，機械按鈕和旋鈕正逐漸被液晶屏上的虛擬按鍵所取代。這種變化下，汽車駕駛艙由上世紀像飛機駕駛艙一樣被機械按鍵、旋鈕及指示燈所包圍，轉變?yōu)橐愿押酶`活且更簡潔的處處都是屏幕的方式呈現(xiàn)，這給汽車 HMI 帶來了遠超手機市場的需求，也讓壓力傳感器有更多的可施展空間。
高品質(zhì)是體驗的基礎
最后，但不是最不重要的，產(chǎn)品的可靠性是一切用戶體驗的基礎。不必說在飛馳的公路上無法通過準確按鍵命令汽車，即便是在打游戲時，一個不必要的觸摸失誤，也會令玩家感到沮喪。
從系統(tǒng)層面而言，壓力傳感器技術天然就比傳統(tǒng)按鈕甚至電容、電阻、超聲波等技術更直接也更可靠，并且不分材質(zhì)，且不易受到外界干擾，從而使系統(tǒng)魯棒性更強。
而就芯片本身而言，Qorvo 的壓力傳感器可以持續(xù)使用 1000 萬到超 1 億次循環(huán)，傳統(tǒng)按鍵的壽命僅為 20 萬到 50 萬次。此外，在 Qorvo 已成功出貨的數(shù)千萬顆級產(chǎn)品，實現(xiàn)了 0 現(xiàn)場故障率，也證明了 MEMS 壓力傳感器的可靠性。Qorvo 產(chǎn)品支持防水、防塵、防冰，并且可工作在高低溫各種環(huán)境中。其車規(guī)級版本也通過了 AEC-Q100 的認證。
壓感與 HMI 的未來
在當今快節(jié)奏的世界中，人們正在尋找為生活及工作提供運行順暢、節(jié)省時間并最終提高舒適度及可操作性的產(chǎn)品和服務，這就需要更直觀、更自然的人機交互體驗，并且不會受到各種干擾。此外，考慮到后疫情時代，也會對非接觸式的人機交互有著更多需求。這些都對 HMI 和傳感器帶來了差異化的需求挑戰(zhàn)。
一方面語音交互、人臉識別、手勢識別等新興技術的增長，正在變革人機交互體驗，同時，相對傳統(tǒng)的觸控技術，也正在隨著 Qorvo 等創(chuàng)新壓力傳感器的提供，從而不斷改進，以應對未來。
正如 Will 所說：“Qorvo 的壓力傳感器還可應用于各種新興技術，如睡眠監(jiān)測、機器人、家用電器等，對于 Qorvo 而言，技術的限制只取決于工程師的想象力?！?/p>
來源：電子工程世界
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