毫米波雷達用於人機交互創新潛力巨大，英飛凌借廣博感測技術組合全線布局

人工智慧的一大場景是人機交互。隨著近十年來半導體技術的不斷突破，人機交互的概念逐漸從狹義走向廣義，由一開始的HCI(Human-Computer-Interface)悄然轉變成了HMI(Human-Machine-Interface)。顯然，依賴單一的鍵盤等輸入方式已無法適用愈發智能化的應用場景，更高效率的感測技術迎來了市場需求的春天，這從2017年智能音箱市場的全面爆發中可見一斑。智能語音助手的百花齊放，在很大程度上激勵了消費者對全新人機交互方式的需求。於是有人不禁問道，下一波創新交互方式是什麼?

「人機交互就是人與機器之間的互動，這一過程中需要大量的感測器。英飛凌擁有廣博的感測器產品組合，如毫米波雷達、硅基麥克風、壓力感測器、環境感測器等，這些都可用於檢測外在環境的反應。這個部分在人機交互中屬於非常重要的一環。」英飛凌電源管理及多元化市場事業部大中華區——射頻及感測器部門總監麥正奇在不久前落下帷幕的第七屆EEVIA年度中國ICT媒體論壇暨2018產業和技術展望研討會上說道。

圖1：英飛凌麥正奇講述毫米波雷達探索人機交互新可能

作為業界領先的感測技術大廠，英飛凌在雷達應用上擁有超過十年的技術研發積累與行業市場經驗，在24GHz與77GHz汽車雷達晶元的市場份額佔據全球第一。基於這樣的技術與市場優勢，英飛凌正積極推動毫米波雷達技術在工業級與消費級人機交互場景的創新應用，進一步探索AI產業潮流下的人機交互新可能。

借24GHz雷達之力，英飛凌助力多元化智能應用場景落地

目前，毫米波應用的兩大主軸是數據傳輸與雷達探測。換言之，則是5G與人機交互，這為毫米波應用的大熱奠定了基礎。誠然，毫米波在雷達探測的應用最早在汽車領域爆發。根據第三方調研數據，2017年全球市場24GHz雷達感測器在BSD(盲點偵測)應用上的出貨量達到2.18億顆，並將持續增長，在2020年之後出現黃金期。麥正奇強調：「這個在汽車工業應用的市場數據僅僅是24GHz雷達的冰山一角。在英飛凌看來，包括24GHz在內的毫米波雷達在不斷湧現的新興應用上將迎來出貨量大增的機遇。無論是工業還是消費領域，毫米波雷達在廣泛的智能應用場景下，擁有著廣闊的想像空間。」

圖2：全球24GHz雷達在BSD應用的需求趨勢

雷達的定義最初就是無線電探測和測距(Radio Detection And Ranging)的英文首字母縮寫，這天生賦予了雷達探測的使命。據麥正奇介紹，典型雷達感測器可輸出的數據包括速度(從多普勒頻移公式計算出)、範圍/目標距離(根據電磁波測得值計算出)、角度/目標方向(根據天線相位差計算出)以及目標位置(根據FMCW調頻連續波計算出)等。同時，由於不同工作頻率的雷達存在天然的特性差異，每個頻段的雷達在天線外形尺寸、應用範圍、波長、穿透牆壁能力等方面也需要進行綜合的考慮，才能被量產使用。

「頻率越高，波長越短。波長越短，解析度/準確度越高。24GHz雷達的技術已經非常成熟，探測距離最短可達到0.6~1m，且解析度滿足了工業自動化、安防、智能家居等領域的需求。因此在這一類場景中，藉助英飛凌24GHz雷達、並配合特定的軟體演算法來實現空間和運動感測，能夠打造用戶體驗一流的高性價比解決方案。」麥正奇指出。

英飛凌24GHz雷達方案可實現物體/人員存在檢測、計數和追蹤、位置和密度圖，以及速度和距離測量、防撞，甚至生命體征感測等強大功能，其天線設計十分靈活，通過配置，最遠測量距離長達100m、最大範圍FoV達到100°，並可以檢測出靜止不動的人。這使得英飛凌24GHz雷達在室內外智能照明、安防監控、智能開門裝置、無人機、智能家電等應用中大放異彩!

圖3：藉助英飛凌24GHz雷達實現多元化場景下的空間和運動感測

英飛凌60GHz雷達新突破，創造隔空手勢識別的無限可能

據麥正奇介紹，除24GHz雷達，60GHz雷達晶元的研發投入也是英飛凌毫米波雷達產品線發展的重點。由於頻段較為接近的原因，60GHz雷達同樣也可用於空間和運動感測，如物體/人員存在檢測、速度和距離測量等，通過天線的特殊設計，測量距離可以達到10m以上。但60GHz雷達頻率更高、波長更短，準確度更高，加上對光、灰塵或潮濕不敏感的特性，因此對比24GHz雷達也有一些特殊的應用，比如物體和材料分類，以及可附加在智能手機、平板、可穿戴設備、家電等3C產品上的人機交互功能——科幻感十足的隔空手勢識別。

圖4：藉助英飛凌60GHz雷達實現手勢識別等人機交互的創新方式

這都源於60GHz雷達的其中一個關鍵特性——擁有高達7GHz的帶寬。事實上，這個7GHz的帶寬能夠實現亞微米級別的解析度，因此賦予了英飛凌60GHz雷達更精準的「捕捉」能力。無論是物體的移動或者手勢的變化，都能實現更細節化的探測。英飛凌60GHz雷達使用的波長較短、天線易於集成在封裝內，在非接觸手勢控制的應用上，特別適合小屏幕或遠程屏幕的控制，比如可穿戴設備的手勢控制，或者是音頻系統、智能音箱等熱門應用，也有望革命性地取代家用電器的遙控裝置。例如，若你是《頭號玩家》的粉絲，你甚至可以將英飛凌60GHz雷達嵌入到VR遊戲設備中，打造實時的遊戲情景交互，帶來前所未有的沉浸體驗。

圖5：合作夥伴XMOS基於英飛凌60GHz雷達與MEMS麥克風打造的位置監測與語音交互系統

此外，英飛凌60GHz雷達的手勢識別應用已不僅僅局限於元件本身，在方案層面更是與Google展開了長期的深度合作。「Project Soli」是英飛凌攜手Google開發的基於60GHz雷達感測IC的創新手勢識別解決方案，專門面向ICT產業熱門的可穿戴設備、物聯網、數字座艙等領域。「早在2015年Google I/O開發者大會上，Project Soli的首次亮相即驚艷了業界。通過進一步優化第二代微波天線集成雷達手勢識別感測器IC，英飛凌的元件和系統級解決方案在基於毫米波雷達的感測器IC市場上已經具備了公認的領先優勢!」麥正奇充滿自信地說道。

圖6：英飛凌與Google合作開發基於60GHz雷達的手勢識別方案——Project Soli

更多感測器產品全線開花，英飛凌瞄準人機交互的市場新機遇

值得一提的是，在人機交互領域的布局上，英飛凌不僅擁有24GHz、60GHz、77GHz等毫米波雷達產品，其廣泛的感測器產品線更囊括MEMS麥克風、壓力、光學、氣體等感測器類別。麥正奇表示，這四類是英飛凌當前感測器產品的主要研發方向，並已經聯手合作夥伴開發人機交互的各類創新應用。

圖7：英飛凌出類拔萃的感測器產品正全面應用到人機交互的各個場景

英飛凌眾多感測器產品在參數特性上一直處於業界領先的水平，如MEMS麥克風擁有超寬的動態範圍、69dB的高信噪比以及高達135dBSPL的聲學過載點;壓力感測器的精度達到0.5Pa(+/-5cm),擁有在較大壓力和溫度範圍內仍可實現高精準度的耐久性等。「這些優秀的產品特性，正是英飛凌感測器產品備受客戶青睞的原因。」

麥正奇最後講到：「在未來，英飛凌將持續不斷地修鍊毫米波雷達以及感測器『內功』，以感測技術為點、以產業生態為面，與更多業界的先進廠商、用更多不同的先進想法，去開發人機交互、工業4.0、智能製造、智慧醫療等不同領域的創新應用，全面探索人工智慧產業的嶄新未來!」

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