【導讀】2021 年 5 月，Qorvo 宣布了收購 NextInput 公司，作為其傳感器融合產品線的首次收購，Qorvo 對于 NextInput 在改善人機交互（HMI）市場的創新給予了厚望。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 創始人兼 CEO Ali Foughi 在收購時就曾表示：“我們將繼續使命，通過出色的傳感解決方案帶來創新并徹底改變觸摸體驗。Qorvo 廣泛的互補技術產品組合和世界一流的供應鏈能力使我們能夠快速擴展業務。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）市場能夠繼續締造成功。”
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）數據交互，從而為 HMI 應用帶來更多可能。此外，由于 Z 軸壓力的數據量更為豐富，不只是可以實現一個簡單的 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 XYZ 的三維識別。這一技術理論上可以適應包括金屬，厚手套，帶水操作等多種環境挑戰。
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在 iPhone6s 上，并實現了 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，用軟件方式實現類似功能，從而節約了成本和功耗。安卓的生態同樣如此。
然而，隨著手機市場的細分化，包括游戲手機、折疊屏等新業態的出現，讓 Qorvo 看到了新機遇，成功導入包括黑鯊、魅族、iQoo 等產品中。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，實現了雙區屏幕壓感觸控操作，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，FPS 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：“壓感可以實現更準確的操作，并且不會被誤觸發，這一需求將隨著全面屏、折疊屏、游戲手機等的出現而增長。”
據介紹，目前壓感的實現有兩種方案，一種是以模組形式出現，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 Will 介紹，目前 Qorvo 的方案只需兩顆芯片便可以實現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應用的差異化。
TWS 全面體現壓感的差異化
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、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。據了解，目前應用于 TWS 的壓力傳感器已經從中高端逐步向中端市場導入。
Will 表示，對于 TWS 應用而言，Qorvo 的產品由于其單芯片，小尺寸，支持數字輸出，模組簡單等優勢，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、手環甚至 AR/VR 設備，對于壓力傳感器而言都具有廣闊的發展前景。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/潮濕等環境，使其可以有更好的體驗。
生產力工具的體驗提升
壓力傳感器還非常適合生產力工具。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點
Qorvo 也表達了對汽車市場的關注。作為唯一一家通過車規級認證的壓力傳感器供應商，其產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，轉變為以更友好更靈活且更簡潔的處處都是屏幕的方式呈現，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。
高品質是體驗的基礎
最后，但不是最不重要的，產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。
從系統層面而言，壓力傳感器技術天然就比傳統按鈕甚至電容、電阻、超聲波等技術更直接也更可靠，并且不分材質，且不易受到外界干擾，從而使系統魯棒性更強。
而就芯片本身而言，Qorvo 的壓力傳感器可以持續使用 1000 萬到超 1 億次循環，傳統按鍵的壽命僅為 20 萬到 50 萬次。此外，在 Qorvo 已成功出貨的數千萬顆級產品，實現了 0 現場故障率，也證明了 MEMS 壓力傳感器的可靠性。Qorvo 產品支持防水、防塵、防冰，并且可工作在高低溫各種環境中。其車規級版本也通過了 AEC-Q100 的認證。
壓感與 HMI 的未來
在當今快節奏的世界中，人們正在尋找為生活及工作提供運行順暢、節省時間并最終提高舒適度及可操作性的產品和服務，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。
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，相對傳統的觸控技術，也正在隨著 Qorvo 等創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。”
來源：電子工程世界
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