傳感器作為人體感覺器官的擴(kuò)展，應(yīng)用已無處不在。以醫(yī)療領(lǐng)域?yàn)槔瑐鞲衅骺捎脕頊y量血壓、脈搏、體溫、監(jiān)測呼吸、心率、睡眠等等，所得數(shù)據(jù)將作為重要的生理參數(shù)為臨床診斷提供幫助。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，在遠(yuǎn)程醫(yī)療上傳感器也發(fā)揮著重要的作用。值得一提的是，在抗擊新冠肺炎疫情戰(zhàn)役中傳感器的作用不容小覷。另據(jù)ABI市場分析，未來8到10年，市場對于居家場景下健康管理產(chǎn)品的需求會出現(xiàn)爆發(fā)式增長，預(yù)計(jì)到2030年將會超過1.8億臺的需求。以上報(bào)告可見，人們對自己的健康狀況愈加重視。而通過傳感器收集的各種形態(tài)資料、數(shù)據(jù)，配合無線、藍(lán)牙等，經(jīng)過可穿戴產(chǎn)品、智能家居場景中的設(shè)備上傳到云端，可為線上醫(yī)生提供及時的參考數(shù)據(jù)。甚至從線上獲取到醫(yī)療數(shù)據(jù)對于保險行業(yè)也可起到一定幫助，從而適當(dāng)調(diào)整用戶的保險類別和費(fèi)用。綜上所述，傳感器在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，其生態(tài)圈也在不斷擴(kuò)展。

英飛凌憑借其在工業(yè)領(lǐng)域多年的傳感器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將產(chǎn)品封裝、尺寸、成本以及技術(shù)上的優(yōu)勢拓展到消費(fèi)類健康監(jiān)測設(shè)備中。日前在媒體分享會上，英飛凌重點(diǎn)分享了四大類型的傳感器產(chǎn)品和優(yōu)勢，以及該公司如何開拓更深的醫(yī)療應(yīng)用場景。

雷達(dá)傳感器增進(jìn)普通人對自己身體信號的了解

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部高級市場經(jīng)理吳柏毅將傳感器比作人的觸覺、視覺、嗅覺等感知器官，并表示英飛凌擁有一系列的產(chǎn)品與此對應(yīng)。而雷達(dá)傳感器則被比喻成人類的眼睛，用來感知周圍的環(huán)境，對于一些運(yùn)動檢測，雷達(dá)會有更高的靈敏度和可靠度，利用不同的算法，通過智能居家或智能化設(shè)備，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更多的功能。

吳柏毅稱，雷達(dá)功能強(qiáng)大，在醫(yī)療應(yīng)用中，以非接觸的方式感測心臟和胸部的運(yùn)動，包括呼吸時胸腔微小的位移，從而利用其優(yōu)勢可開發(fā)出一些與生命體征監(jiān)測相關(guān)的應(yīng)用，甚至也可以利用“存在感測”激發(fā)一些裝置系統(tǒng)，去感知距離、位置、速度、角度等數(shù)據(jù)信息，之后進(jìn)一步結(jié)合算法實(shí)現(xiàn)呼吸、心跳、手勢、追蹤等應(yīng)用。

2016年谷歌開發(fā)者大會上，英飛凌雷達(dá)傳感器首次在全世界亮相，在谷歌Pixel 4上成功地演示了存在的感知，以及一些簡單的偵測，例如手勢偵測。直到現(xiàn)在谷歌仍然在使用該產(chǎn)品。毫不夸張地說此方案影響了整個市場上對雷達(dá)的開發(fā)應(yīng)用。

全新的毫米波雷達(dá)傳感器是利用毫米波技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，配以天線設(shè)計(jì)，串接到MCU，通過算法來獲取以及處理數(shù)據(jù)。

英飛凌本次帶來的兩款毫米波雷達(dá)BGT60LTR11AIP和BGT60TR13C涵蓋多場景應(yīng)用，但也各有千秋，前者屬于一款高性價比的方案，完全可利用自動模式進(jìn)行運(yùn)動檢測，同時可通過外掛MCU為工程師提供靈活的應(yīng)用。后者具有超寬頻特性，擁有更高的分辨率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。

BGT60LTR11AIP 高集成度、體積小、應(yīng)用靈活

BGT60LTR11AIP是一款帶有集成模擬基帶和探測器的多普勒雷達(dá)，用于運(yùn)動檢測，有極高的性價比。芯片本身在無需MCU的情況下就可作運(yùn)動檢測，外掛MCU后可以增加距離探測。其具備一發(fā)一收架構(gòu)，采用集成天線封裝技術(shù)，并且尺寸僅有3×7mm。

該芯片提供兩種模式，在自動模式下，可以偵測5米內(nèi)的人體運(yùn)動的方向，水平視角約80度，平均功耗小于5 mW，在運(yùn)動和方向上提供直接輸出動態(tài)。無需任何毫米波RF射頻的開發(fā)；在SPI模式下，工程師還可以外接MCU或者處理器，用于提取原始雷達(dá)的數(shù)據(jù)和算法，從而增加偵測距離高達(dá)10米。實(shí)現(xiàn)更高級如檢測區(qū)域或信號處理功能。此外，從芯片引腳配置上看，即便處于自動模式下，該芯片也可配置4個輸入引腳，方便工程師根據(jù)不同的使用場景開發(fā)出新的設(shè)計(jì)。

吳柏毅稱，這顆高集成的芯片可幫客戶解決天線設(shè)計(jì)、射頻以及雷達(dá)訊號處理方面的復(fù)雜性問題。是紅外方案替代的優(yōu)選，與紅外方案相比毫米波增加了敏感度，誤報(bào)率更低，會大幅提升使用者的體驗(yàn)。另外，由于毫米波具有穿透、非導(dǎo)電特性，特別是該芯片尺寸較小，很容易被封裝，是便攜式產(chǎn)品理想的選擇。

BGT60TR13C檢測范圍10m以內(nèi)

本次媒體會英飛凌發(fā)布的另一款毫米波雷達(dá)產(chǎn)品為BGT60TR13C，與BGT60LTR11AIP架構(gòu)不同, 此為一發(fā)三收的 MMIC，同樣采用集成天線封裝技術(shù)，尺寸為6×5mm,平均功耗約為20-30mW，使用頻寬大于5GHz，解析度約達(dá)到3cm,具有極高的信噪比，檢測范圍在10m以內(nèi)，可以提取角度信息，利用高級算法開發(fā)，還可實(shí)現(xiàn)手勢辨識、室內(nèi)人員的存在感知、追蹤，甚至心跳監(jiān)測等功能，應(yīng)用范圍可擴(kuò)展到智慧建筑、智能家居、TV、筆記本以及老人看護(hù)等方面，現(xiàn)已上市。

配合英飛凌其它傳感器、處理器，甚至安全芯片，工程師除了做傳感產(chǎn)品之外，也可以加入IoT、無線功能，使智慧健康監(jiān)測變得更加容易，使普通人隨時了解到自己的身體狀況。除此之外，吳柏毅也表示，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的算法是雷達(dá)最大的挑戰(zhàn)，而這恰恰又是英飛凌的優(yōu)勢。

ToF傳感器守護(hù)老人的健康

ToF即飛行時間，其工作原理，是傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過計(jì)算光線發(fā)射和反射時間差或相位差，來換算出被拍攝者的距離，以產(chǎn)生深度信息。此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝，便可將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來。英飛凌的ToF是一個面陣的ToF，通過任意像素都可以計(jì)算出待測物體的距離，從而形成一幅圖像，英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部高級市場經(jīng)理張鐵虎介紹。

我們之前了解更多的ToF是應(yīng)用在移動手機(jī)中，做人臉識別和手勢判斷。掃地機(jī)器人中ToF的避障功能，使得機(jī)器人高效運(yùn)轉(zhuǎn)。智能座艙感應(yīng)上ToF可以根據(jù)駕駛員的人臉I(yè)D，判斷其座椅的距離，從而調(diào)整到適合的位置等等。在泊車應(yīng)用上，補(bǔ)盲點(diǎn)以及開車門檢測是ToF現(xiàn)階段車外應(yīng)用的主要需求，可以補(bǔ)充超聲、RGB攝像頭不能探測到的環(huán)境，很好地判斷周圍幾米范圍內(nèi)的障礙物情況。

現(xiàn)如今，ToF在健康應(yīng)用上愈發(fā)突出，比如跌倒檢測，通過ToF傳感器，檢測到老人跌倒時一些姿態(tài)的變化，在感知到人體有跌倒風(fēng)險的情況下發(fā)出警報(bào)。此技術(shù)在家庭、養(yǎng)老院、隔離酒店等場所大有前景。需要注意的是，ToF的成像并不是RGB的，涉及不到人的隱私。

英飛凌稱得上是ToF領(lǐng)域的先驅(qū)者，在2013年就與pmd合作，使得ToF成像器尺寸更小，功耗更低，并且真正將其應(yīng)用擴(kuò)展到消費(fèi)類產(chǎn)品中，而早在2002年pmd就從事該領(lǐng)域的研究，專注于工業(yè)應(yīng)用。英飛凌與pmd合作后推出了第一代ToFREAL 3成像器，并于次年推出第二代產(chǎn)品。之后該產(chǎn)品便在基于谷歌Tango標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)想手機(jī)和華碩手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。同年，美國一家創(chuàng)業(yè)公司Lighthouse采用英飛凌ToF，研發(fā)了一款家庭機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了智能家居終端應(yīng)用。2018年英飛凌ToF推出第三代產(chǎn)品，并于2019年榮獲當(dāng)年Vision Product of the Year產(chǎn)品獎項(xiàng)，并同時在LG手機(jī)中實(shí)現(xiàn)前視Face ID的量產(chǎn)。之后又在夏普手機(jī)中實(shí)現(xiàn)兩款產(chǎn)品的量產(chǎn)，其主要功能是圖像的增強(qiáng)、對焦和背景虛化。隨后在中國著名手機(jī)廠中，無論前視手機(jī)還是后視手機(jī)都安裝了ToF的應(yīng)用。2021年推出第六代產(chǎn)品，具備更遠(yuǎn)距離的檢測，為將來適應(yīng)元宇宙的趨勢以及AR應(yīng)用做出鋪墊。

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近年來大家都在提倡低碳生活，這是因?yàn)槠饺绽锖嫉漠a(chǎn)品被大量使用，使得二氧化碳?xì)怏w排放量加大，導(dǎo)致全球氣候嚴(yán)重變暖。另外，二氧化碳濃度到達(dá)一定量時會對人體健康造成重大風(fēng)險。相關(guān)資料表明，一個人在約4平方米的空間中，二氧化碳濃度值會在45分鐘之內(nèi)從500PPM上升到1000PPM以上，此時人體能感到不適，困倦、注意力下降，一旦濃度值達(dá)到2000PPM左右，對身體健康十分不利。在濃度值達(dá)到5000PPM以上的空間中超8個小時，甚至?xí)辜◇w產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，高濃度的二氧化碳則會讓人窒息。

對二氧化碳的監(jiān)測被廣泛應(yīng)用在住宅、商業(yè)建筑等中。那又是如何監(jiān)測的呢？這里就要提到二氧化碳傳感器，目前市場上主要提供四種技術(shù)：光聲光譜、NDIR、EC和eCO2。英飛凌在本次媒體會上主推了其基于光聲光譜技術(shù)的二氧化碳傳感器?？蔀槎趸嫉臐舛忍峁┚_的數(shù)據(jù)參考。具有高端NDIR相同的精度與選擇性。但與NDIR相比，它采用了MEMS麥克風(fēng)作為檢測器或是探測器，靈敏度高，減少了器件和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。因此可實(shí)現(xiàn)小尺寸和低成本產(chǎn)品，非常適合大批量的工業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)類的應(yīng)用。而EC和eCO2的精度和選擇性比較弱，而且容易受到濕度的影響。

下圖可見，光聲光譜的二氧化碳傳感器和雙通道的NDIR以及一款參考傳感器測量曲線非常接近，但eCO2的偏差就非常大。

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部市場經(jīng)理劉菊介紹，英飛凌這款二氧化碳傳感器精度為正負(fù)30PPM，尺寸為14×13.8×7.5mm3，SMD封裝，符合國際JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，可采用回流焊接技術(shù)進(jìn)行無引腳的表面貼裝。

下圖中，斜上方的是腔室，內(nèi)有紅外光源、光學(xué)濾波片和MEMS麥克風(fēng)，其中高靈敏度的MEMS麥克風(fēng)用于探測腔室里面二氧化碳分子產(chǎn)生的壓力變化，即使很細(xì)微的壓力變化也可被檢測到，因此僅需少量的氣體就足以做出精確的判定。另外這款傳感器集成了MCU，可以將檢測到的二氧化碳濃度值直接轉(zhuǎn)換為PPM值，并通過三種接口輸出數(shù)據(jù)。

劉菊談到二氧化碳傳感器在健康管理方面的應(yīng)用也越來越廣泛，可以判斷室內(nèi)、人多密集的空間、車廂內(nèi)等空氣質(zhì)量，以便人們采取下一步通風(fēng)措施。

英飛凌科技大中華區(qū)電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用市場總監(jiān)李國豪分享，英飛凌PSS事業(yè)部現(xiàn)有四大類型的傳感器分別是MEMS產(chǎn)品，主要應(yīng)用在手機(jī)、耳機(jī)、智能音箱的麥克風(fēng)上；3D立體雷達(dá)傳感器，在汽車領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離偵測障礙物。另外該類型傳感器可在智能家居、智慧健康方面提供多維度的數(shù)據(jù)；3D ToF飛行時間傳感器，能夠偵測到人體或物體的距離、深度，應(yīng)用廣泛從手機(jī)到掃地機(jī)器人，如今在智慧家居里面，可偵測到家庭成員的安全情況，比如是否有摔倒的狀況，對照顧老人和兒童十分有利；二氧化碳傳感器，可應(yīng)用于空調(diào)以及空氣凈化器中，同時可通過室內(nèi)的空氣質(zhì)量來偵測到室內(nèi)是否有人的存在。

英飛凌憑借其在工業(yè)領(lǐng)域多年的傳感器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，將產(chǎn)品封裝、尺寸、成本以及技術(shù)上的優(yōu)勢拓展到消費(fèi)類健康監(jiān)測設(shè)備中，特別是在智能化的今天，一些健康類設(shè)備甚至無需與身體接觸，而只需放置在室內(nèi)或智能家居中，這也意味著健康監(jiān)測功能的載體類型逐漸從可穿戴轉(zhuǎn)移到家居或室內(nèi)空間，英飛凌多類型傳感器方案無疑將為健康管理領(lǐng)域錦上添花。