MEMS压力传感器解决人机界面新痛点

Will 表示，MEMS 压力传感器相对于传统的触控而言，是一种全新的交互方式补充。直观而言，“触摸”是一个动作，“施压”也是一个动作。大脑在手指点击手机屏幕上某个 APP 时会得到“打开”这一期待，同时大脑也会在你按压某个物品时，会根据按压表面的不同力度而期待不同的结果，而这也就是压力传感器所要实现的作用——准确判断出施加在物体上的力度，并使装置完成大脑的预想。

与仅有 XY 轴的二维电容传感方案相比，将压力传感器与电容传感器相结合，可增加 Z 轴（垂直方向）数据交互，从而为 HMI 应用带来更多可能。此外，由于 Z 轴压力的数据量更为丰富，不只是可以实现一个简单的 on/off 操作，而是通过不同的压力值，来传递更多信息。

同时，另外一种方式则是通过布置多颗压力传感器，并且配合相应的算法，仅凭借压力传感器就可以实现 XYZ 的三维识别。这一技术理论上可以适应包括金属，厚手套，带水操作等多种环境挑战。

理论上来说凡是机械按键或者电容触控开关的场景，都可以尝试使用压力传感器来替代，使其具有免打孔、免误触、增强防水性等多项优势。

然而，Qorvo 在 HMI 上的野心，不只是“按钮的替代品”，而是有着更广阔的想象空间。

/ 多种压力传感器技术，满足不同应用

压力传感器如果想要取代电容或其他传感器，最重要的是要找到应用痛点。压力传感器最早出现在 iPhone6s 上，并实现了 3D Touch 功能（Peek 和 Pop），不过这一功能缺乏足够的杀手级使用场景，因此并没有获得用户及开发者的广泛青睐，苹果几年后果断将 3D Touch 更换为了 Haptic Touch，用软件方式实现类似功能，从而节约了成本和功耗。安卓的生态同样如此。

然而，随着手机市场的细分化，包括游戏手机、折叠屏等新业态的出现，让 Qorvo 看到了新机遇，成功导入包括黑鲨、魅族、iQoo 等产品中。比如在黑鲨中，通过结合压力传感器及黑鲨的专用设置软件，实现了双区屏幕压感触控操作，为游戏增加了更多差异化。例如 MOBA 游戏中，在移动攻击时通过压感功能瞬间加血和换装，FPS 类游戏中，在移动瞄准时按压射击，走位射击时按压瞬间趴下等等，在竞速类游戏可以全屏幕范围灵活控制油门和刹车力度，一系列的例子可表明，压力传感器方便了操作，也可增强游戏的打击感体验。而除了游戏之外，压力传感器也被黑鲨扩展到系统应用中的压感导航，用户可以在任何地方按压一下屏幕就可以掉出操作导航，使手机变成单手操作神器。

Will 补充道：“压感可以实现更准确的操作，并且不会被误触发，这一需求将随着全面屏、折叠屏、游戏手机等的出现而增长。”

据介绍，目前压感的实现有两种方案，一种是以模组形式出现，利用 MCU 处理压感信号。这种模组是多块 FPC 构成，因此手机中框必须要开多个大孔，并且 FPC 的耐久度、良率等都存在着一些弊端。

Qorvo 的方案则是通过单颗集成了传感器和模拟前端的芯片，无需 MCU 便可直接与 CPU 通信，且开孔较小，对坚固性、散热等相对影响较小，且安装更为简便。

据 Will 介绍，目前 Qorvo 的方案只需两颗芯片便可以实现上下屏双指压力检测。

而针对无侧按键设计的压力传感器应用，Qorvo 则将会提供传感器融合的方案，包括压力传感器、红外线传感器、超声波传感器以及模拟前端实现的单芯片方案无按键方案，其中 IR 起到定位作用，这样就可以仅用一颗传感器就可以简单实现压力感应，从而简化设计，并避免了误触操作。

重要的是，Qorvo 可以提供完整的硬件方案以及软件算法，从而扫清设计障碍，使客户可以更专注于利用压力传感器实现应用的差异化。

尽管 Apple 在后期的 iPhone 中没有选择压力传感器，但在 TWS 上却全面拥抱了压力传感器。TWS 应用的 HMI 主要痛点就是电容传感器误触，包括头发、雨水、汗水、油脂等都会造成误触，从而影响体验。此外对于采用 MEMS 加速度传感器通过敲击来操作的，实际体验也不如压力传感器直接。据了解，目前应用于 TWS 的压力传感器已经从中高端逐步向中端市场导入。

Will 表示，对于 TWS 应用而言，Qorvo 的产品由于其单芯片，小尺寸，支持数字输出，模组简单等优势，更适合该场景应用。而且随着市场上导入案例增多，客户也越来越有信心。

除了 TWS，包括手表、手环甚至 AR/VR 设备，对于压力传感器而言都具有广阔的发展前景。以智能手表为例，Google-Fitbit 采用了 Qorvo 的方案，从而取代了手表中的机械开关、旋钮或滑块，可以使手表防水性能更高。

不过 Will 也提到，目前针对智能手表，是否取消机械按键还存在着许多争论，如对于手表的审美认知，或者心率测量等功能，无法取代机械按键。但至少对于可穿戴设备中的电容触控方案来说，压力传感器是完全可以胜任的，而且支持水下/潮湿等环境，使其可以有更好的体验。

压力传感器还非常适合生产力工具。同样以 Apple 为例，其笔记本一直采用了 Force Touch 技术，并被客户广泛认可，如今这一技术正受到更多品牌商的青睐。

另外则是对于生产力应用的平板电脑，以及手写板等，压力传感器都可以凭借高阶细腻的Z轴响应，仿真出类似“画笔”等功能。

Qorvo 也表达了对汽车市场的关注。作为唯一一家通过车规级认证的压力传感器供应商，其产品已广泛应用在包括特斯拉、吉利、奇瑞等车型中，并且通过了包括 Valeo、延锋以及均胜三家 Tier1 供应商的 PPAP 认证。

其应用场合包括了车门、多功能方向盘、中控等，其中仅特斯拉一辆车上，就采用了 10 余颗压力传感器。尤其是随着“给手机装上轮子”这一概念的深化，我们看到汽车驾驶室内部，无论是仪表盘，主控屏、中控盘甚至副驾屏都在朝向更多更大的方向发展，机械按钮和旋钮正逐渐被液晶屏上的虚拟按键所取代。这种变化下，汽车驾驶舱由上世纪像飞机驾驶舱一样被机械按键、旋钮及指示灯所包围，转变为以更友好更灵活且更简洁的处处都是屏幕的方式呈现，这给汽车 HMI 带来了远超手机市场的需求，也让压力传感器有更多的可施展空间。

最后，但不是最不重要的，产品的可靠性是一切用户体验的基础。不必说在飞驰的公路上无法通过准确按键命令汽车，即便是在打游戏时，一个不必要的触摸失误，也会令玩家感到沮丧。

从系统层面而言，压力传感器技术天然就比传统按钮甚至电容、电阻、超声波等技术更直接也更可靠，并且不分材质，且不易受到外界干扰，从而使系统鲁棒性更强。

而就芯片本身而言，Qorvo 的压力传感器可以持续使用 1000 万到超 1 亿次循环，传统按键的寿命仅为 20 万到 50 万次。此外，在 Qorvo 已成功出货的数千万颗级产品，实现了 0 现场故障率，也证明了 MEMS 压力传感器的可靠性。Qorvo 产品支持防水、防尘、防冰，并且可工作在高低温各种环境中。其车规级版本也通过了 AEC-Q100 的认证。

在当今快节奏的世界中，人们正在寻找为生活及工作提供运行顺畅、节省时间并最终提高舒适度及可操作性的产品和服务，这就需要更直观、更自然的人机交互体验，并且不会受到各种干扰。此外，考虑到后疫情时代，也会对非接触式的人机交互有着更多需求。这些都对 HMI 和传感器带来了差异化的需求挑战。

一方面语音交互、人脸识别、手势识别等新兴技术的增长，正在变革人机交互体验，同时，相对传统的触控技术，也正在随着 Qorvo 等创新压力传感器的提供，从而不断改进，以应对未来。

正如 Will 所说：“Qorvo 的压力传感器还可应用于各种新兴技术，如睡眠监测、机器人、家用电器等，对于 Qorvo 而言，技术的限制只取决于工程师的想象力。”

本文来源于电子工程世界