Qorvo Sensor Fusion如何革新HMI體驗

iPhone 16的一個亮點就是增加了“相機滑動控制”按鍵。這個按鈕不僅能讓用戶迅速啟動拍照或錄像模式，還能單手調(diào)節(jié)變焦、曝光、景深等高級參數(shù)，為攝影愛好者帶來了極大的便利。這一按鍵看似簡單，實則是電容觸控、壓力感應(yīng)和機械結(jié)構(gòu)的集大成者，也體現(xiàn)了工程設(shè)計上和技術(shù)成熟的進步。

電容觸控的使用已經(jīng)非常廣泛，對壓力傳感器的組合則是一個新的趨勢。因為電容觸控技術(shù)擅長在X+Y平面上實現(xiàn)精確定位，而壓力傳感器則能在Z軸上提供精確的壓力反饋，兩者結(jié)合使用可以有效避免誤操作，提升用戶體驗。而且，當智能終端的操作界面開始向金屬，皮革，ABS，木料等介質(zhì)擴充時，壓力傳感器則是一個非常有益的補充。甚至在某些應(yīng)用場合，壓力傳感器還能完全取代電容觸控。

Qorvo公司正在積極推進MEMS壓力傳感器在人機界面（HMI）領(lǐng)域的應(yīng)用。其產(chǎn)品已經(jīng)迭代到第3代產(chǎn)品，以豐富先進廣泛的產(chǎn)品組合，超高的靈敏度、超低功耗、極小的封裝尺寸而聞名業(yè)界。本文將詳細介紹Qorvo公司的Sensor Fusion（傳感器融合）解決方案的優(yōu)勢。

Qorvo Sensor Fusion實現(xiàn)真正的“無間隙”設(shè)計

電容觸摸感測是HMI領(lǐng)域中最主流的技術(shù)之一。這種技術(shù)通常被集成到顯示屏中，通過感測接觸帶來的微小電容變化來確定手指在屏幕上的精確位置。但是，電容觸控非常“嬌氣”，如果使用者佩戴手套、手指被弄濕或受到其他環(huán)境影響時，響應(yīng)度就會大打折扣。

此外，電容式觸控技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合使用時，也會增加機械設(shè)計的復(fù)雜性。例如，為了確保物理和機械按鈕具有良好的防塵和防水性能，設(shè)計時往往需要加入密封措施，這無疑增加了設(shè)計難度和成本。

MEMS壓力傳感器的引入，為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)帶來了全新的思路。通過在任何材質(zhì)的表面下方集成高靈敏度的力敏元件，可以實現(xiàn)“無間隙”設(shè)計，即使是在厚度超過兩英寸（5.08cm）的表面下也能正常工作。這種力敏技術(shù)不僅消除了對傳統(tǒng)機械按鈕的需求，簡化了設(shè)計流程，還能夠在各種條件下（如佩戴手套、使用手寫筆或鉛筆，以及在潮濕、干燥或多塵的環(huán)境中）提供可靠的觸控響應(yīng)。

無間隙設(shè)計不僅解決了設(shè)計人員和用戶面臨的一些常見問題，還消除了對密封件的需求及其有效性測試的必要性。它用光滑的表面替代了傳統(tǒng)的柔性材料按鈕，避免了灰塵和細菌的積聚，這對于醫(yī)療和潔凈室應(yīng)用尤其重要。此外，這種設(shè)計使得清潔和維護變得更加方便。

MEMS壓力傳感器最大的優(yōu)勢還是高靈敏度。比如，Qorvo的MEMS壓力傳感器能夠檢測到覆蓋材料表面微米乃至納米級別的細微變化，無論是平面還是曲面。而且由于采用了先進的硅工藝，這些體積微小的芯片可以輕松地集成到任何設(shè)計中，而且功耗極低，非常適合手機和可穿戴設(shè)備等移動與便攜式設(shè)備。

通過將壓力感測與電容式觸控技術(shù)相結(jié)合，可以創(chuàng)造出無縫、高效的功能界面，有效地結(jié)合用戶意圖與觸控位置，大幅降低誤操作的概率。這種結(jié)合不僅提升了用戶體驗，還為設(shè)計師提供了更多創(chuàng)新的可能性。

更纖薄智能的消費電子

除了在新一代手機上的創(chuàng)新應(yīng)用，筆記本電腦的觸控板也非常適合MEMS壓力傳感器。傳統(tǒng)的觸控板表面必須具有足夠的柔韌性，才能在按壓時移動機械致動臂，而使用MEMS壓力傳感器之后，制造商能夠選擇更為堅硬且多樣化的材料，如玻璃、鋁、鈦或高強度透明塑料，這不僅有助于實現(xiàn)產(chǎn)品輕薄化的目標，也為設(shè)計帶來了更大的自由度。而且MEMS壓力傳感器能夠解決電容觸控?zé)o法解決的誤觸問題，帶來更好的客戶體驗。

這種傳感器技術(shù)的引入，為設(shè)計師提供了增加新功能的空間，比如加大電池容量或是集成更多的功能組件，而無需犧牲設(shè)備的便攜性。此外，MEMS壓力傳感器可以輕易地嵌入筆記本電腦的頂蓋或觸控板下，搭配電容觸摸，用于實現(xiàn)額外的交互功能，無需額外的物理按鍵或復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，這為設(shè)備的設(shè)計和功能擴展提供了新的可能性。

MEMS壓力傳感器還能夠識別不同級別的按壓力度，為用戶提供了一種全新的交互方式。用戶可以通過調(diào)節(jié)按壓的力度來執(zhí)行不同的命令，比如輕觸以瀏覽網(wǎng)頁，稍重一點的按壓來打開應(yīng)用程序，最重的按壓則可以執(zhí)行特定的功能或調(diào)整設(shè)置。這種多級壓力感應(yīng)技術(shù)，使得觸控板的操作更加直觀和高效，同時也為設(shè)備的個性化定制提供了基礎(chǔ)。

Qorvo提供的MEMS壓力傳感器解決方案，正在重新定義筆記本電腦觸控板的設(shè)計標準。它們不僅克服了傳統(tǒng)設(shè)計中的局限，為更輕薄、更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品設(shè)計鋪平了道路，而且還為未來的交互體驗提供了無限的想象空間。

實現(xiàn)汽車中的智能表面

近年來，汽車行業(yè)掀起了一股“智能表面”的潮流。所謂智能表面，是指汽車內(nèi)部和外部的部件集成了多種傳感器、執(zhí)行器和顯示技術(shù)，不僅能與用戶互動，還能收集環(huán)境數(shù)據(jù)，幫助優(yōu)化車輛性能，讓駕車體驗更加智能、安全和舒適。

在駕駛艙里，智能表面的應(yīng)用尤為亮眼。方向盤上的智能表面替代了傳統(tǒng)的物理按鈕，通過觸摸感應(yīng)和手勢識別技術(shù)，讓駕駛員可以在保持視線不離開路面的情況下，輕松調(diào)整音量、切換音樂等。中控臺的智能表面更是集多功能于一身，不僅支持多點觸控和壓力感應(yīng)，還能在透明的顯示屏上靈活顯示導(dǎo)航信息或車輛狀態(tài)，既時尚又實用。車門把手和座椅也不甘落后，采用了智能表面技術(shù)，車門把手結(jié)合了無鑰匙進入和啟動功能，利用生物識別技術(shù)驗證車主身份，增強了安全性和便利性。

汽車制造商們最初希望通過整合觸控顯示屏與專有的操作系統(tǒng)，來復(fù)制那種流暢的用戶體驗。然而，這條路并不平坦。復(fù)雜的導(dǎo)航操作、不同環(huán)境條件下的顯示問題，以及缺乏物理按鍵帶來的觸覺反饋，都成為了前行路上的絆腳石。比如，電阻式觸控屏在陽光下難以看清，而電容式觸控屏在寒冷天氣很難操作。

工業(yè)設(shè)計師們開始探索未來的設(shè)計方向，將儀表盤上的獨立按鍵重新設(shè)計成智能表面，這些表面看起來就像平滑無縫的實木或碳纖維板，但可以根據(jù)駕駛員的需求動態(tài)顯示控制選項。這樣的設(shè)計不僅美觀，還極大提升了用戶體驗。

在這個過程中，Qorvo的基于MEMS的傳感技術(shù)脫穎而出。這項技術(shù)不僅靈敏度高，能夠穿透任何材料準確感知用戶的操作意圖，還符合AEC-Q100車規(guī)標準，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前，已有電動汽車制造商采用Qorvo的固態(tài)非侵入式解決方案，成功地替換了傳統(tǒng)的方向盤按鍵并實現(xiàn)量產(chǎn)。與此同時，多家汽車制造商也在積極探索Qorvo技術(shù)在方向盤、3D觸控顯示屏和車門面板控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。Qorvo正通過其創(chuàng)新技術(shù)，為智能表面的廣泛應(yīng)用鋪設(shè)道路，引領(lǐng)汽車行業(yè)向更智能、更安全的方向邁進。

拓展更多應(yīng)用空間

不僅限于手機、筆記本電腦和汽車，在所有涉及人機交互的場景中，MEMS壓力傳感器都能找到廣泛應(yīng)用。例如，在平板電腦和智能手機配備的觸控筆（Stylus Pen）中，壓力傳感器是其關(guān)鍵組件之一。觸控筆的筆身通常在手指按壓區(qū)域采用金屬材質(zhì)，這種設(shè)計下，用戶施加的壓力較小，因此非常適合使用壓力傳感器來檢測和響應(yīng)。在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，為了實現(xiàn)復(fù)雜的手指按壓、觸摸、長按及滑動等操作，壓力傳感器同樣扮演著監(jiān)測和識別這些動作的關(guān)鍵角色。

最近，特斯拉發(fā)布了Optimus機器人，該機器人展現(xiàn)了驚人的靈活性，能夠執(zhí)行調(diào)酒、玩石頭剪刀布等任務(wù)，不僅能提起重達20磅的物品，還能準確抓取細小的物體，展示了幾乎與人類雙手相媲美的靈巧度。Optimus機器人的手部配備了觸覺傳感器，這些傳感器能夠感知物體的形狀、硬度和重量等信息，從而實現(xiàn)精細的抓握與操控。

目前，實現(xiàn)觸覺傳感功能主要依賴兩種技術(shù)路徑：一種是陣列形式的高精度觸覺傳感器，另一種是壓電式壓力傳感器。前者的優(yōu)勢在于擁有較大的感應(yīng)面積，不過由于性能穩(wěn)定性不足、技術(shù)不夠成熟以及高昂的成本，大規(guī)模生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。相比之下，壓電式壓力傳感器技術(shù)更為成熟，盡管單獨使用時可能需要與其他傳感器協(xié)同工作以全面感知物體特性?？偟膩碚f，這兩種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢，未來的發(fā)展趨勢可能是將兩者結(jié)合，通過不斷的迭代優(yōu)化，推動觸覺傳感技術(shù)的進步。

Qorvo Sensor Fusion解決方案

針對上述應(yīng)用場景，Qorvo的MEMS壓力傳感器提供了優(yōu)秀的解決方案。例如，Qorvo推出的一款數(shù)字壓感按鍵，作為目前市場上體積最小的集成壓阻傳感器（尺寸僅為0.91mm×1.27mm×0.25mm，采用6引腳CSP封裝），集成了超低功耗、高信噪比的單通道模擬前端AFE，并支持通過行業(yè)標準的I2C接口直接與主處理器通信。

該數(shù)字壓感芯片具備一個中斷引腳，可用于替代傳統(tǒng)按鈕開關(guān)的功能，具有獨立設(shè)置的觸發(fā)上升和下降閾值。當觸發(fā)力達到預(yù)設(shè)值時，可通過中斷信號喚醒系統(tǒng)。此外，該傳感器還具備自動校正偏移的功能，開機10ms后即可進入全功能感應(yīng)模式，無需預(yù)先配置，使用極為便捷。在全功能感應(yīng)模式下，其功耗極低，僅為9uA@30Hz，遠低于大多數(shù)MCU的功耗水平。

面對多樣化和復(fù)雜的使用環(huán)境，Qorvo不僅提供了豐富的堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，還能依據(jù)客戶的特定需求定制軟件算法，并在生產(chǎn)前進行仿真驗證，提供一站式的交鑰匙解決方案。Qorvo與客戶緊密合作，從項目初期的概念構(gòu)思直至最終的產(chǎn)品生產(chǎn)，全程協(xié)助客戶完成電氣、機械、軟件及裝配等各環(huán)節(jié)的工作，確保傳感器能夠無縫集成到客戶的系統(tǒng)和應(yīng)用中，幫助客戶實現(xiàn)產(chǎn)品性能的顯著提升。