Qorvo Sensor Fusion如何革新HMI體驗(yàn)

iPhone 16的一個(gè)亮點(diǎn)就是增加了“相機(jī)滑動(dòng)控制”按鍵。這個(gè)按鈕不僅能讓用戶迅速啟動(dòng)拍照或錄像模式，還能單手調(diào)節(jié)變焦、曝光、景深等高級(jí)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(shí)則是電容觸控、壓力感應(yīng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的集大成者，也體現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)上和技術(shù)成熟的進(jìn)步。

電容觸控的使用已經(jīng)非常廣泛，對(duì)壓力傳感器的組合則是一個(gè)新的趨勢。因?yàn)殡娙萦|控技術(shù)擅長在X+Y平面上實(shí)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(yàn)。而且，當(dāng)智能終端的操作界面開始向金屬，皮革，ABS，木料等介質(zhì)擴(kuò)充時(shí)，壓力傳感器則是一個(gè)非常有益的補(bǔ)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(jìn)MEMS壓力傳感器在人機(jī)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(jìn)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(xì)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(shí)現(xiàn)真正的“無間隙”設(shè)計(jì)

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(shí)，響應(yīng)度就會(huì)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(shí)，也會(huì)增加機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。例如，為了確保物理和機(jī)械按鈕具有良好的防塵和防水性能，設(shè)計(jì)時(shí)往往需要加入密封措施，這無疑增加了設(shè)計(jì)難度和成本。

MEMS壓力傳感器的引入，為應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)“無間隙”設(shè)計(jì)，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(duì)傳統(tǒng)機(jī)械按鈕的需求，簡化了設(shè)計(jì)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(jì)不僅解決了設(shè)計(jì)人員和用戶面臨的一些常見問題，還消除了對(duì)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(xì)菌的積聚，這對(duì)于醫(yī)療和潔凈室應(yīng)用尤其重要。此外，這種設(shè)計(jì)使得清潔和維護(hù)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(jí)別的細(xì)微變化，無論是平面還是曲面。而且由于采用了先進(jìn)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(jì)中，而且功耗極低，非常適合手機(jī)和可穿戴設(shè)備等移動(dòng)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(yàn)，還為設(shè)計(jì)師提供了更多創(chuàng)新的可能性。

更纖薄智能的消費(fèi)電子

除了在新一代手機(jī)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(shí)移動(dòng)機(jī)械致動(dòng)臂，而使用MEMS壓力傳感器之后，制造商能夠選擇更為堅(jiān)硬且多樣化的材料，如玻璃、鋁、鈦或高強(qiáng)度透明塑料，這不僅有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕薄化的目標(biāo)，也為設(shè)計(jì)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(yàn)。

這種傳感器技術(shù)的引入，為設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)額外的交互功能，無需額外的物理按鍵或復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這為設(shè)備的設(shè)計(jì)和功能擴(kuò)展提供了新的可能性。

MEMS壓力傳感器還能夠識(shí)別不同級(jí)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(diǎn)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(jí)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(shí)也為設(shè)備的個(gè)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)。它們不僅克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的局限，為更輕薄、更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)鋪平了道路，而且還為未來的交互體驗(yàn)提供了無限的想象空間。

實(shí)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(dòng)，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(yàn)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(shí)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(tái)的智能表面更是集多功能于一身，不僅支持多點(diǎn)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(shí)尚又實(shí)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(jìn)入和啟動(dòng)功能，利用生物識(shí)別技術(shù)驗(yàn)證車主身份，增強(qiáng)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(yàn)。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(jì)師們開始探索未來的設(shè)計(jì)方向，將儀表盤上的獨(dú)立按鍵重新設(shè)計(jì)成智能表面，這些表面看起來就像平滑無縫的實(shí)木或碳纖維板，但可以根據(jù)駕駛員的需求動(dòng)態(tài)顯示控制選項(xiàng)。這樣的設(shè)計(jì)不僅美觀，還極大提升了用戶體驗(yàn)。

在這個(gè)過程中，Qorvo的基于MEMS的傳感技術(shù)脫穎而出。這項(xiàng)技術(shù)不僅靈敏度高，能夠穿透任何材料準(zhǔn)確感知用戶的操作意圖，還符合AEC-Q100車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前，已有電動(dòng)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。與此同時(shí)，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(jìn)。

拓展更多應(yīng)用空間

不僅限于手機(jī)、筆記本電腦和汽車，在所有涉及人機(jī)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(jī)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(jì)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的手指按壓、觸摸、長按及滑動(dòng)等操作，壓力傳感器同樣扮演著監(jiān)測和識(shí)別這些動(dòng)作的關(guān)鍵角色。

最近，特斯拉發(fā)布了Optimus機(jī)器人，該機(jī)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(dá)20磅的物品，還能準(zhǔn)確抓取細(xì)小的物體，展示了幾乎與人類雙手相媲美的靈巧度。Optimus機(jī)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(shí)現(xiàn)精細(xì)的抓握與操控。

目前，實(shí)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(dú)使用時(shí)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(dòng)觸覺傳感技術(shù)的進(jìn)步。

Qorvo Sensor Fusion解決方案

針對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)中斷引腳，可用于替代傳統(tǒng)按鈕開關(guān)的功能，具有獨(dú)立設(shè)置的觸發(fā)上升和下降閾值。當(dāng)觸發(fā)力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，可通過中斷信號(hào)喚醒系統(tǒng)。此外，該傳感器還具備自動(dòng)校正偏移的功能，開機(jī)10ms后即可進(jìn)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(yuǎn)低于大多數(shù)MCU的功耗水平。

面對(duì)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(jì)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(jìn)行仿真驗(yàn)證，提供一站式的交鑰匙解決方案。Qorvo與客戶緊密合作，從項(xiàng)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(jī)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的顯著提升。