如今，动作(任天堂Wii)、触控(Apple iPhone)以及语音(Amazon Alexa)等互动方式已经过时了，更酷炫、更有赚头且“免触控”(touchless)的新一代用户接口 (UI)正成为消费设备的新宠。
正如Chirp Microsystems首席执行官Michelle Kiang在MWC展会上所说的，“重要的消费电子突破总是由UI革命触发的。”
图1：Chirp的MEMS超音波传感器（来源：Chirp Microsystems）
Chirp推出一款单芯片超音波飞行时间(ToF)传感器，让用户无需触控屏幕就能和可穿戴设备实现互动，甚至是无屏幕的设备。
尽管Kiang并未表示基于超音波感测的“免触控”互动将取代其它现有UI，但她认为这将为可穿戴设备、扩增实境/虚拟现实(AR/VR)、智能手机甚至汽车提供另一种互动形式。
技术传承自学术研究
Chirp Microsystems是一家位于加州伯克利的新创企业，目前共有15名员工，在今年的MWC推出该公司首款针对可穿戴设备开发的高精确、低功耗超音波感测开发平台。
许多穿戴式产品(如智能手表)的屏幕尺寸通常都很有限，用户经常苦于其“手指太粗”。Kiang说，只要在智能手表中嵌入MEMS超音波ToF传感器，无论用户的手指粗细，都不必再触控屏幕，只需利用手势即可控制手表的功能。
穿戴式腕带或许是更好的说明范例。目前的腕带基本上并没有空间配备屏幕，无法直接与穿戴者互动。但是，Kiang表示，如果腕带或指环中搭载了够精巧的超音波ToF传感器，这些流行的穿戴式腕带马上就能和用户实现实时互动了！
图2：穿戴式指环嵌入Chirp超音波传感器（来源：Chirp Microsystems）
Chirp的ToF传感器采用类似MEMS麦克风的3.5 x 3.5 mm LGA封装，以1.8V的单电源运作。该设备并配备I2C接口，十分易于整合于消费电子产品中。
MEMS与混合信号CMOS ASIC
Chirp不仅开发MEMS超音波转换器，还为其搭配一款混合信号CMOS ASIC，并将二者整合在单一系统级封装(SiP)中。
这款ToF传感器的板载微处理器可为唤醒感测应用实现永不断线(always-on)的运作。据该公司介绍，该组件采用了范围大于1m的脉冲回波感测，而在1Hz采样率为时功耗仅9uA。
这款MEMS超音波传感器的突破性微型化设计，是由美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)和戴维斯分校(UC Davis)的研究人员和工程师共同开发的，此后成为新创公司Chirp在2014年成立的基础。
相关IP和主要的研究人员都已经从大学实验室转至Chirp工作了。该研究团队成员包括UC Davis机械与航空工程教授David Horsley，以及UC Berkeley和UC Davis的博士研究生和博士后研究员等。目前，Horsley是Chirp公司首席技术官。
除了可穿戴设备，Chirp的ToF传感器瞄准的另一个重要市场是AR/VR应用。目前，Chirp已能为特定客户提供其VR/AR超音波感测开发平台了。但Kiang并未透露这些客户名单，仅暗示是大公司。
目前的高阶AR/VR系统都局限于一个基地台或受限于规定的空间内。这是因为附加设备(如摄影机系统或磁传感器系统等)都必须安装在这些有限的空间内，才能为VR/AR头戴式设备中的惯性测量单元(IMU)校正漂移，从而为用户带来更好的追踪体验。
Kiang展示了一款微型化的MEMS超音波传感器，如今已能轻易地嵌入于AR/VR头戴式设备中。由于追踪系统能够随用户移动，从而为用户提供360度的身历其境体验
Chirp的超音波传感器可在AR/VR环境支持6个自由度的控制器或输入设备，实现“由内而外的追踪”。
3D感测
基于光学(主要是摄影机)的系统已经被应用于目标追踪了。但是，摄影机本质上是一种不带深度信息的2D技术，它必须使用“点云”(point cloud)以及更深度的计算，才能逐一地侦测对象的漂移。
相形之下，超音波ToF传感器是3D感测的理想选择，因为该技术的三角测量数据更简单。Kiang解释，“更简单的计算意味着更低功耗。”
使用红外线技术是3D感测的另一项选择。不过，Kiang强调，在户外使用时，经由红外线取得的数据往往无法使用。她说：“超音波传感器则是一种稳定的低功耗技术，用户可以戴着VR/AR系统走向户外，甚至漫步于阳光下。”
藉由将Chirp的超音波ToF传感器设计于VR/AR系统中， Kiang总结道：“我们希望低阶VR/AR系统也能为用户带来更好的互动体验，而高阶VR/AR系统则能摆脱限制，进一步实现行动化。”
拓展智能手机与车用领域？
目前，红外线技术在智能手机中作为近接传感器，用于防止用户在接听电话时脸部误触屏幕。
Kiang表示，一些智能手机供应商开始寻求以超音波技术取代红外线技术。一开始的吸引力主要来自美学设计原因——为了去掉智能手机正面嵌入红外线传感器的小孔。而今，有了超音波ToF传感器，智能手机设计人员可以为手机增添其它功能，例如自拍时的自动对焦，或提供简单的手势控制等。
长期来看，Chirp的超音波ToF传感器能够用于取代辅助车辆倒车用的大型超音波传感器。Chirp的传感器还可作为车载信息娱乐系统的新UI。不过这样的汽车应用还需要更长的设计周期，Kiang解释，这项应用在Chirp现有的规划中优先级略低。
Chirp的MEMS传感器以及配套ASIC已经出样了，预计将在今年底实现量产。Kiang表示，Chirp的一些客户正计划于2017年底推出整合Chirp芯片的终端产品，而其它客户可能要到2018年才推出新产品。
编译：Susan Hong
本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载
关注最前沿的电子设计资讯，请关注“电子工程专辑微信公众号”。
