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AIoT世代,發掘智慧健康新“凌”感

2022-05-05 10:02 物聯傳媒

導讀:英飛凌在傳感器方面有著多年的開發經驗,具備多種傳感器研發體系,其通過模擬人體的各種感官,比如說視覺、味覺、聽覺等,從而模擬出實際環境并進行感應。 以前在醫療以及健康監測領域內,有很多專業的傳感器應用于專業級健康醫療設備中。

過去幾年健康領域消費類電子產品的銷量數據統計表明,不管是否受到疫情的影響,人們對于身體健康的關注度越來越高。

根據ABI的市場調研了解到,在未來8到10年內,市場對于安裝Home Healthcare(居家場景下的健康管理)產品的需求會非常高,2022年預計大概有2千萬臺,到未來10年后,也就是2030年,就會超過1.8億臺。這也反映出一個事實,人們對自身健康狀況非常關注,而現在隨著科技的發展,可以通過很多傳感器收集生命體征數據,并將其轉化成讓自身以及家人都能看懂的結果。

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行業需求推動著智慧健康產業的蓬勃發展。在AIoT智慧產業鏈中,上游芯片是整個生態發展的基石,產品創新靈感和升級的落地源頭。傳感器作為智能終端信息采集的重要部件,通常開發新產品會從頭部半導體供應鏈廠商尋找參考。英飛凌作為全球領先的半導體與傳感器公司之一,在智慧健康領域會有哪些“凌”感可發掘呢?

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英飛凌在傳感器方面有著多年的開發經驗,具備多種傳感器研發體系,其通過模擬人體的各種感官,比如說視覺、味覺、聽覺等,從而模擬出實際環境并進行感應。

以前在醫療以及健康監測領域內,有很多專業的傳感器應用于專業級健康醫療設備中。由于英飛凌傳感器在封裝、尺寸、成本,以及技術上的優勢,可將其在工業上的應用拓展到消費類的電子產品。

比如在可穿戴設備中,以前大家通過智能手表來測量呼吸、心率或者步數等?,F在也可以通過其它的載體實現測量,比如眼鏡、戒指,或者IoT設備等,并且這些設備也不一定要與身體接觸,某些只需放在室內空間或者智能家居中即可測量,所以載體的類型已經從穿戴式轉移到家居或者室內空間中。

值此我們從英飛凌的幾款毫米波雷達(mmWave radar sensors)、3D ToF飛行時間傳感器、CO2傳感器,一起來發掘智慧健康新“凌”感。

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【雷達傳感器】

毫米波雷達的功能和特性十分強大,隨著毫米波雷達技術的不斷成熟及大規模量產化,雷達逐漸從軍工、工業、汽車等行業,發展到醫療、家居、消費電子等市場,其可以感知到任何微小的移動,包括呼吸時胸腔微小的位移,并由此可以做一些生命體征的監測,甚至它也可以利用“存在感測”激發一些裝置系統,去感知它的距離、位置、速度、角度等數據信息,之后進一步利用算法可以實現呼吸、心跳、手勢、追蹤人等各方面的應用。

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早在2016年英飛凌有了應用在谷歌Pixel 4雷達傳感產品,實現手勢偵測等功能。經過多年發展今年新推出兩種毫米波雷達(BGT60LTR11AIP 和 BGT60TR13C ),基本上可以涵蓋很多使用的場景,從簡單的移動偵測到更高級的感測,提供給行業不一樣的解決方案。

 

【BGT60LTR11AIP】

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BGT60LTR11AIP是一款基于毫米波多普勒效應的高集成度雷達傳感器,芯片尺寸約3×7毫米,一發一收架構,集成基帶,并采用集成天線封裝技術。在自動模式下,雷達可以探測到距離5米遠的人,水平的視角約80度,平均功耗小于5 mW(與紅外方案比較,此毫米波更敏感,誤報率更低,會大幅提升使用者的體驗)。在SPI的模式下,外部的MCU或者PC可以提取原始的雷達數據,用于已經開發的自定算法。利用此方式,偵測的距離可以增加到遠達10米。

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【BGT60TR13C】

  BGT60TR13C的硬件架構有別于 BGT60LTR11AIP, 是一發三收的 MMIC,并同樣采用集成天線封裝技術(AIP),尺寸為6.5×5mm,使用時平均功耗大約是20-30mW左右,使用的頻寬大于5GHz以上,解析度可以大約達到3cm。

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由于是多發多收架構,它也可以提取角度信息資料,利用一些不一樣的高級算法開發,來實現手勢辨識、室內人員的存在感知、追蹤,生命體征監測、睡眠、跌倒、呼吸、心跳監測等功能,以上功能可以運用在多種場景中,包含智慧建筑、智能家居、TV、筆記本以及老人看護等方面。

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   60GHz毫米波雷達的波長相對較短,容易偵測到人體微小幅度的動作,也很容易應用于訊號的分析,芯片已通過了FCC認證。國內外都已有不少方案商、終端廠商的產品應用在醫療、康養等健康監測領域,如清雷、Sleepiz等。

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3D ToF飛行時間傳感器】

近兩年談到智能傳感器,應該都免不了聊到Time-of-Flight(飛行時間)傳感器。在ToF這個領域里面,pmd和英飛凌是行業先驅。早在2002年,pmd就已經從事這方面的研究。2013年pmd和英飛凌正式合作之前,pmd主要專注在偏向工業的應用。在2013年中旬英飛凌開始和pmd合作,主要的需求是讓ToF的imager(成像器)尺寸更小、功耗更低,真正將其應用到消費類產品里面。由于英飛凌在CMOS工藝方面有多年的積累,具備良好的技術,所以在2015年宣布推出第一代的ToF imager,稱為REAL 3的成像器。并于2016年的時候推出第二代產品。之后該產品便在基于谷歌Tango標準的聯想手機和華碩手機上實現了量產。到2016年,除了這幾款手機以外,還有一家美國創業公司Lighthouse研發的一款家庭機器人,盡管后來這家公司被蘋果收購,但它在當時是非常創新地ToF傳感器用到了家庭智能終端、智能助理的產品中。

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2018年推出的ToF第三代產品,于2019年榮獲當年Vision Product of the Year產品獎項,并同時在LG的手機中實現前視Face ID的量產。之后在日本的夏普手機里面實現兩款產品的量產,其主要是應用圖像的增強,對焦和背景虛化的功能,隨后在中國某家頭部的手機廠中,不管是前視還是后視模組都安裝了ToF的應用。

  英飛凌是ToF領域最早的創立者,同時也是在消費類產品里面實現大量量產的廠商。在2021年時推出第六代的產品,其具備更遠距離的檢測(比如說達到10米的距離,可以適應元宇宙的趨勢)以及更加適配AR的應用(包括圖像功能增強的需要和低功耗的需要)。

  英飛凌的ToF是一個高分辨率的ToF,具備幾萬個點至幾十萬個點。在手機上,前視主要是FaceID(人臉識別)和gesture(手勢)判斷,后視的應用目前偏重的是圖像的增強,包括對焦、背景虛化的功能,在未來更有想象空間的就是AR、VR的應用,可以做很多長距離的探測等等。

  ToF還可以應用在各種各樣的領域里面,如汽車上的智能座艙,所謂的Smart in-cabin sensing(駕艙內智能感應),包括檢測駕駛員的Face ID,以及乘客的檢測,比如調整座椅、燈光等。

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從智慧健康角度來看,在智能家居/智慧人居場景,如養老院、隔離酒店,ToF可以做跌倒檢測。其原理是在跌倒的時候有一些姿態的變化,用ToF的好處是可以成一幅圖像(成像不是彩色的,不涉及到隱私)。如用RGB可能會涉及到很多隱私的信息。目前其已有落地的項目應用,并正式實現量產。接下來會期待ToF能夠在健康和其它領域有更多的創新的應用。

 

【XENSIVTM PAS CO2 傳感器】

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憑借MEMS技術的經驗以及領先的地位,英飛凌成功開發了以光聲光譜技術(PAS) 為基礎的新型二氧化碳傳感器,采用高靈敏度MEMS麥克風檢測傳感器腔內CO2分子產生的壓力變化。這種檢測方式可以顯著減小CO2傳感器的尺寸,與市面上一些NDIR CO2傳感器相比,可以在最終產品中節省超過75%的空間。

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XENSIVTM PAS CO2傳感器集成英飛凌自家開發的光聲傳感器(包含MEMS麥克風、紅外源和光學濾波器)、MCU,以及用于驅動紅外源的MOSFET。其中,集成的MCU將MEMS麥克風的輸出轉換為ppm讀數,并通過串行I2C、UART或PWM接口提供這些讀數。該傳感器的測量范圍從0ppm至32000ppm,精度為±30ppm或讀數的±3%。

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由于該傳感器提供可直接讀出的ppm讀數,可實現表面貼裝,并且設計簡單,因而可以快速集成到各種低容量和高容量應用中,如智能家居和樓宇自動化設計、按需求控制的通風系統、空氣凈化器、恒溫器、氣象站和個人助理等。

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現如今我們的生活 工作中,從智能穿戴、智能家居、智慧社區到智慧城市、工業 、能源、醫療等,使用共享單車、公交地鐵、掃地機器人、刷臉支付、語音識別、安防監控、實時健康等監測,AIoT物聯網幾乎已是無處不在。其中,傳感器是物聯網的“起點”,它相當于人類的“五官”,英飛凌XENSIV?傳感器系列產品可以給物聯網工程師/產品經理們持續帶來豐富的“凌”感創造。

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可以預見,擁有“感知、計算、執行、連接、安全”AIoT五個核心環節完整布局的英飛凌,會持續用領先、專業的產品和方案,構筑端到端的一站式物聯網軟硬件解決方案,從而將現實與數字世界完美連接在一起,讓我們的生活更便捷、更安全、更環保。

本文是物聯傳媒原創文章,作者梁容瑋(Alex),歡迎致電交流13828715593,轉載需經物聯傳媒許可。

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