雷达、超声波等先进传感器将进入寻常百姓家

　　前不久在巴塞罗纳举行的世界移动通信大会(MWC 2017)上展示的新一代传感器和传感器融合技术，反映了各家技术公司在创建触摸以外的新的人机接口(HMI)方面存在着激烈的竞争。

　　市场上不存在某种全功能的传感器技术，但传感器供应商追求的产品领域特别相似：智能音响和物联网设备(包括智能手表/智能手机，AR/VR头盔)。

　　他们希望实现新的人机接口形式-不用触摸的微手势和存在检测(presence detection)。

　　最近在传感器领域中的一个突破是出现了非常微型的超声波传感器和雷达芯片。这些产品的成本与红外等产品相比仍然是个大问题。但这种微型雷达和超声波传感器已经小到足以安装进消费类电子设备内，因而能以全新的方式实现用户与智能设备的交互。

　　比如英飞凌就在全球移动大会上宣布了与XMOS的合作伙伴关系。这家德国芯片公司承诺，英飞凌的雷达和麦克风传感器与XMOS的音频处理器的强强组合将实现“远场语音捕获”，并且利用雷达的波束成型技术实现“存在检测”。

　　位于加州伯克利的新创企业Chirp Microsystems公司首席执行官也来到巴塞罗纳展示该公司开发的单芯片超声波飞行时间(ToF)传感器，除了智能手机外，这种传感器还可以用于增强现实/虚拟现实和可穿戴设备，甚至汽车。

　　位于挪威奥斯陆的Elliptic Labs公司展示了用于智能音响(如Google home， Amazon Echo)和其它家庭设备的超声波存在检测技术。Elliptic Labs产品开发副总裁Guenael Strutt告诉我们，“存在检测现在可是家庭智能助手设计师的香饽饽”。为了替换CMOS照相机或红外技术，“智能扬声器的设计师们正在寻找替代性传感器技术来让他们的设备知道‘没人在家’”，他解释道。

　　虽然刚才提到的三家公司都在探索相似的产品领域，但每家的技术定位稍有不同。

　　语音捕获

　　在MWC 2017特别吵闹的展厅中，英飞凌公司电源管理与多市场事业部总裁Andreas Urschitz找到了一个完美的场地演示目前的iPhone严重缺失的功能：分离Siri需要听到的特定人物语音的能力。

　　每当Urschitz在英飞凌的展台处问他的iPhone“现在是几点”时，Siri总是回答，“我不知道你在说什么。”

　　我们都知道，智能麦克风将众多单个麦克风通过波束成型技术链接在一起。这应该是复杂的三角函数用武之地，正是它们将各个麦克风连接成具有高度方向性的波束，从而可以对准当前的说话者。

　　现在英飞凌表示，英飞凌的雷达和XMOS的波束成型器组合可以走的更远，可以将麦克风“精确地导向特定物体，即使在物体移动和有一般噪声的场合。”

　　“系统可以在30英尺开外分辨出你的语音。” Urschitz表示。在图1中所示演示装置中使用的有用作传感器集中控制器的XMOS音频处理器，形成波束的英飞凌MEMS麦克风(4个麦克风)，附带天线的英飞凌60GHz 2Tx/4Rx雷达芯片，以及有助于克服这些障碍的一个70dB SNR麦克风。

　　图1：英飞凌雷达和MEMS麦克风的传感器融合加上XMOS的音频处理器可以为语音识别提供新的构建模块。(来源：EE Times)

　　当被问到增加这种雷达/麦克风/传感器融合处理器配置需要多少成本时，Urschitz没有透露任何信息。但他解释，“每个革命性的技术(就像蓝牙和WiFi一样)都会经历相同的过程。”他相信很快会到集成成本变得合理的“转折点”。

　　理解微手势

　　采用英飞凌/XMOS的雷达/麦克风解决方案的首个明摆着的产品最可能是家庭中的智能音响。

　　然而，语音捕获并不是英飞凌推广其雷达芯片的唯一应用空间。通过与谷歌在Soli项目上的合作，英飞凌希望能给雷达芯片带来更为广泛的应用前景，范围从可穿戴设备到智能音响和AR/VR。

　　谷歌的Soli项目设计使用雷达实现新的无触摸交互体验。

　　正如谷歌的先进技术与项目(ATAP)组解释的那样，Soli传感器技术“通过发射宽束电磁波工作”。

　　波束照射范围内的物体在散射这一能量的同时，会将一部分能量反射回雷达天线。这种反射信号的属性，比如能量、时延和频移，可以反映有关物体特征和动力学的丰富信息，包括尺寸、形状、方向、材料、距离和速度等。

　　Urschitz表示：“雷达扫描你的脸部和整个身体(包括大小、位置、速度和角度)只需零点几秒的时间。”在他看来，与包括光学、超声波和红外在内的各种传感器相比，公司的雷达芯片可以轻松打败竞争对手，因为他们的雷达芯片具有实时扫描功能，不存在延时。这种雷达技术“超级棒”，他指出，同时可以提供“比超声波更高的分辨率”。

　　想像一个用户在房间里走动(离智能音响有几英尺的距离)，如果想减小音量——只需用他或她的手指旋转看不见的旋钮即可。这种雷达系统可以识别微小的手指运动，Urschitz解释道。

　　图2：英飞凌公司电源管理与跨市场事业总裁Andreas Urschitz展示如何使用英飞凌的雷达芯片检测他的手指作出的减小音量的微手势。(来源：EE Times)

　　想必雷达芯片可以复制光学传感器的能力------检测移动和捕捉手势，还能检测像手指移动这样的微手势。