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AIoT世代,发掘智慧健康新“凌”感

2022-05-05 10:02 物联传媒

导读:英飞凌在传感器方面有着多年的开发经验,具备多种传感器研发体系,其通过模拟人体的各种感官,比如说视觉、味觉、听觉等,从而模拟出实际环境并进行感应。 以前在医疗以及健康监测领域内,有很多专业的传感器应用于专业级健康医疗设备中。

过去几年健康领域消费类电子产品的销量数据统计表明,不管是否受到疫情的影响,人们对于身体健康的关注度越来越高。

根据ABI的市场调研了解到,在未来8到10年内,市场对于安装Home Healthcare(居家场景下的健康管理)产品的需求会非常高,2022年预计大概有2千万台,到未来10年后,也就是2030年,就会超过1.8亿台。这也反映出一个事实,人们对自身健康状况非常关注,而现在随着科技的发展,可以通过很多传感器收集生命体征数据,并将其转化成让自身以及家人都能看懂的结果。

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行业需求推动着智慧健康产业的蓬勃发展。在AIoT智慧产业链中,上游芯片是整个生态发展的基石,产品创新灵感和升级的落地源头。传感器作为智能终端信息采集的重要部件,通常开发新产品会从头部半导体供应链厂商寻找参考。英飞凌作为全球领先的半导体与传感器公司之一,在智慧健康领域会有哪些“凌”感可发掘呢?

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英飞凌在传感器方面有着多年的开发经验,具备多种传感器研发体系,其通过模拟人体的各种感官,比如说视觉、味觉、听觉等,从而模拟出实际环境并进行感应。

以前在医疗以及健康监测领域内,有很多专业的传感器应用于专业级健康医疗设备中。由于英飞凌传感器在封装、尺寸、成本,以及技术上的优势,可将其在工业上的应用拓展到消费类的电子产品。

比如在可穿戴设备中,以前大家通过智能手表来测量呼吸、心率或者步数等。现在也可以通过其它的载体实现测量,比如眼镜、戒指,或者IoT设备等,并且这些设备也不一定要与身体接触,某些只需放在室内空间或者智能家居中即可测量,所以载体的类型已经从穿戴式转移到家居或者室内空间中。

值此我们从英飞凌的几款毫米波雷达(mmWave radar sensors)、3D ToF飞行时间传感器、CO2传感器,一起来发掘智慧健康新“凌”感。

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【雷达传感器】

毫米波雷达的功能和特性十分强大,随着毫米波雷达技术的不断成熟及大规模量产化,雷达逐渐从军工、工业、汽车等行业,发展到医疗、家居、消费电子等市场,其可以感知到任何微小的移动,包括呼吸时胸腔微小的位移,并由此可以做一些生命体征的监测,甚至它也可以利用“存在感测”激发一些装置系统,去感知它的距离、位置、速度、角度等数据信息,之后进一步利用算法可以实现呼吸、心跳、手势、追踪人等各方面的应用。

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早在2016年英飞凌有了应用在谷歌Pixel 4雷达传感产品,实现手势侦测等功能。经过多年发展今年新推出两种毫米波雷达(BGT60LTR11AIP 和 BGT60TR13C ),基本上可以涵盖很多使用的场景,从简单的移动侦测到更高级的感测,提供给行业不一样的解决方案。

 

【BGT60LTR11AIP】

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BGT60LTR11AIP是一款基于毫米波多普勒效应的高集成度雷达传感器,芯片尺寸约3×7毫米,一发一收架构,集成基带,并采用集成天线封装技术。在自动模式下,雷达可以探测到距离5米远的人,水平的视角约80度,平均功耗小于5 mW(与红外方案比较,此毫米波更敏感,误报率更低,会大幅提升使用者的体验)。在SPI的模式下,外部的MCU或者PC可以提取原始的雷达数据,用于已经开发的自定算法。利用此方式,侦测的距离可以增加到远达10米。

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【BGT60TR13C】

  BGT60TR13C的硬件架构有别于 BGT60LTR11AIP, 是一发三收的 MMIC,并同样采用集成天线封装技术(AIP),尺寸为6.5×5mm,使用时平均功耗大约是20-30mW左右,使用的频宽大于5GHz以上,解析度可以大约达到3cm。

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由于是多发多收架构,它也可以提取角度信息资料,利用一些不一样的高级算法开发,来实现手势辨识、室内人员的存在感知、追踪,生命体征监测、睡眠、跌倒、呼吸、心跳监测等功能,以上功能可以运用在多种场景中,包含智慧建筑、智能家居、TV、笔记本以及老人看护等方面。

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   60GHz毫米波雷达的波长相对较短,容易侦测到人体微小幅度的动作,也很容易应用于讯号的分析,芯片已通过了FCC认证。国内外都已有不少方案商、终端厂商的产品应用在医疗、康养等健康监测领域,如清雷、Sleepiz等。

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3D ToF飞行时间传感器】

近两年谈到智能传感器,应该都免不了聊到Time-of-Flight(飞行时间)传感器。在ToF这个领域里面,pmd和英飞凌是行业先驱。早在2002年,pmd就已经从事这方面的研究。2013年pmd和英飞凌正式合作之前,pmd主要专注在偏向工业的应用。在2013年中旬英飞凌开始和pmd合作,主要的需求是让ToF的imager(成像器)尺寸更小、功耗更低,真正将其应用到消费类产品里面。由于英飞凌在CMOS工艺方面有多年的积累,具备良好的技术,所以在2015年宣布推出第一代的ToF imager,称为REAL 3的成像器。并于2016年的时候推出第二代产品。之后该产品便在基于谷歌Tango标准的联想手机和华硕手机上实现了量产。到2016年,除了这几款手机以外,还有一家美国创业公司Lighthouse研发的一款家庭机器人,尽管后来这家公司被苹果收购,但它在当时是非常创新地ToF传感器用到了家庭智能终端、智能助理的产品中。

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2018年推出的ToF第三代产品,于2019年荣获当年Vision Product of the Year产品奖项,并同时在LG的手机中实现前视Face ID的量产。之后在日本的夏普手机里面实现两款产品的量产,其主要是应用图像的增强,对焦和背景虚化的功能,随后在中国某家头部的手机厂中,不管是前视还是后视模组都安装了ToF的应用。

  英飞凌是ToF领域最早的创立者,同时也是在消费类产品里面实现大量量产的厂商。在2021年时推出第六代的产品,其具备更远距离的检测(比如说达到10米的距离,可以适应元宇宙的趋势)以及更加适配AR的应用(包括图像功能增强的需要和低功耗的需要)。

  英飞凌的ToF是一个高分辨率的ToF,具备几万个点至几十万个点。在手机上,前视主要是FaceID(人脸识别)和gesture(手势)判断,后视的应用目前偏重的是图像的增强,包括对焦、背景虚化的功能,在未来更有想象空间的就是AR、VR的应用,可以做很多长距离的探测等等。

  ToF还可以应用在各种各样的领域里面,如汽车上的智能座舱,所谓的Smart in-cabin sensing(驾舱内智能感应),包括检测驾驶员的Face ID,以及乘客的检测,比如调整座椅、灯光等。

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从智慧健康角度来看,在智能家居/智慧人居场景,如养老院、隔离酒店,ToF可以做跌倒检测。其原理是在跌倒的时候有一些姿态的变化,用ToF的好处是可以成一幅图像(成像不是彩色的,不涉及到隐私)。如用RGB可能会涉及到很多隐私的信息。目前其已有落地的项目应用,并正式实现量产。接下来会期待ToF能够在健康和其它领域有更多的创新的应用。

 

【XENSIVTM PAS CO2 传感器】

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凭借MEMS技术的经验以及领先的地位,英飞凌成功开发了以光声光谱技术(PAS) 为基础的新型二氧化碳传感器,采用高灵敏度MEMS麦克风检测传感器腔内CO2分子产生的压力变化。这种检测方式可以显著减小CO2传感器的尺寸,与市面上一些NDIR CO2传感器相比,可以在最终产品中节省超过75%的空间。

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XENSIVTM PAS CO2传感器集成英飞凌自家开发的光声传感器(包含MEMS麦克风、红外源和光学滤波器)、MCU,以及用于驱动红外源的MOSFET。其中,集成的MCU将MEMS麦克风的输出转换为ppm读数,并通过串行I2C、UART或PWM接口提供这些读数。该传感器的测量范围从0ppm至32000ppm,精度为±30ppm或读数的±3%。

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由于该传感器提供可直接读出的ppm读数,可实现表面贴装,并且设计简单,因而可以快速集成到各种低容量和高容量应用中,如智能家居和楼宇自动化设计、按需求控制的通风系统、空气净化器、恒温器、气象站和个人助理等。

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现如今我们的生活 工作中,从智能穿戴、智能家居、智慧社区到智慧城市、工业 、能源、医疗等,使用共享单车、公交地铁、扫地机器人、刷脸支付、语音识别、安防监控、实时健康等监测AIoT东赢体育平台几乎已是无处不在。其中,传感器是东赢体育平台的“起点”,它相当于人类的“五官”,英飞凌XENSIV?传感器系列产品可以给东赢体育平台工程师/产品经理们持续带来丰富的“凌”感创造。

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可以预见,拥有“感知计算执行连接安全”AIoT五个核心环节完整布局的英飞凌,会持续用领先、专业的产品和方案,构筑端到端的一站式东赢体育平台软硬件解决方案,从而将现实与数字世界完美连接在一起,让我们的生活更便捷、更安全、更环保。

本文是物联传媒原创文章,作者梁容玮(Alex),欢迎致电交流13828715593,转载需经物联传媒许可。