通過類似于3D Touch這樣的壓力觸控/觸覺反饋技術(shù)消除物理按鍵，為用戶提供一個額外維度的人機交互界面，正成為現(xiàn)在消費類電子產(chǎn)品新的、重要的設(shè)計趨勢。Qorvo MEMS解決方案事業(yè)部總監(jiān)Julius Tsai日前在接受《國際電子商情》獨家專訪時指出，推動這一趨勢的主要因素是對未來工業(yè)設(shè)計的需求，以及此設(shè)計可提供的組合優(yōu)勢，例如防水/防塵、意圖檢測和新的用戶體驗。IGaesmc

“我們估計這個市場的總規(guī)模可以輕松達到數(shù)十億美元。”他說。IGaesmc

3D Touch為何沒能一炮而紅

但讓人們感到好奇的是，3D Touch技術(shù)被用于智能手機、智能手表和電子設(shè)備中的時間其實并不短，不過似乎沒有掀起多大的波瀾。沒有一炮而紅的原因，有行業(yè)分析人士認為一是與它在應(yīng)用上沒有太多剛需場景有關(guān)。比如，對消費者來說，直接用力按壓app圖標執(zhí)行操作，與點擊打開app再執(zhí)行操作，兩者之間其實并沒有特別大的差別；另外一個原因，則是現(xiàn)有方案的一些限制，阻礙了它們的進一步普及。IGaesmc

追溯到2015年蘋果在iPhone 6S上推出的3D Touch功能就能發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)該方案，蘋果不得不給手機帶來一個堅實的背板來承載電容傳感陣列。同時，考慮到結(jié)構(gòu)變形可能會讓其靈敏度發(fā)生明顯變化，廠商就必須從結(jié)構(gòu)上做更多的投入和思考。更重要的是，3D Touch的投入會帶來更高的成本，這就讓不少廠商望而卻步。IGaesmc

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iPhone 6S的 3D Touch電容式觸摸傳感器IGaesmc

如上圖所示，iPhone 6S的方案除了擁有一個傳感器外，還需要一個額外的控制器。有行業(yè)人士指出，市場上一些采用“傳感器+MCU”的設(shè)計不但需要搭配多塊的長條形FPC模組，還要在在單個模組中擺放2顆壓感sensor，造成中框開大孔，不利于散熱，其功耗和成本也高。更有甚者，相關(guān)模組是開發(fā)人員根據(jù)項目需求定制的尺寸，通用性差。此外，壓感材料印刷還易導致微裂縫，一致性、良率不如硅材質(zhì)。IGaesmc

Julius Tsai對此的看法是，3D Touch是一項新型傳感技術(shù)，涉及到機械、工業(yè)、用戶體驗和軟件等多個學科的融合，需要在方案設(shè)計的早期階段便參與其中。由于這項技術(shù)較為復雜，需要很長的設(shè)計周期才能推向市場，而擴大適用范圍的關(guān)鍵，就在于確定正確的殺手級應(yīng)用以及適當?shù)目蛻羧骸?span style="display:none">IGaesmc

于是，他將票投給了手游和汽車兩大市場。IGaesmc

IDTtechEx的數(shù)據(jù)表明，在過去的十年中，每個設(shè)備的“觸覺花費”和帶有觸覺功能的設(shè)備的百分比都得到顯著增長。而Markets and Markets的預測則指出，展望未來，觸覺技術(shù)市場到2022年將達到195.5億美元，2016年至2022年之間的復合年增長率為16.2%；Market Research Future等其他機構(gòu)也發(fā)布了相似的數(shù)據(jù)。智能手機、PC觸控板、可穿戴設(shè)備和VR/AR系統(tǒng)等消費電子設(shè)備中對觸覺越來越多的需求，成為推動市場增長的主要驅(qū)動力。IGaesmc

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圖片來源：IDTtechExIGaesmc

如果繼續(xù)加以細分，以手游市場為例，數(shù)據(jù)分析平臺Sensor Tower最新公布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全球手游市場(包括App Store和Google Play雙渠道)內(nèi)購收入就達到了896億元，超過70%的手機線上交易是在游戲中完成的。手機制造商肯定無法忽視線上交易的趨勢，因此，如何向玩家提供極致的操控體驗，自然成為手機廠商和芯片廠商關(guān)注的重點。IGaesmc

當前，手機越來越大、越來越薄，傳統(tǒng)操控方式特別是用單手操控很難，需要找到替代方案。同時，手機游戲越來越多，玩家在屏幕上過多的操作以及由此帶來的操作延遲，會嚴重影響游戲體驗，需要更專業(yè)、體驗更好的操控方式。IGaesmc

以第一人稱射擊游戲為例，在諸如瞄準和射擊這樣的生死關(guān)頭，瞄準和射擊之間的反應(yīng)時間就是決定成敗的關(guān)鍵。“與其說我們應(yīng)該制作一款游戲?qū)Ｓ檬謾C，不如說我們應(yīng)該制作一款能夠滿足游戲需求的手機。”Julius Tsai認為，3D Touch技術(shù)就可以提供非常直觀且快速的響應(yīng)，同時使用起來十分自然，極具前景。IGaesmc

目前，Qorvo產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到Google-Fitbit、Philips、黑鯊和魅族等移動設(shè)備中，并在特斯拉、奇瑞、吉利和高合等車型上實現(xiàn)量產(chǎn)。IGaesmc

3D Touch的新玩家

面對這樣的“新風口”，Qorvo在2021年5月完成了對NextInput公司的收購。成立于2012年NextInput是一家為移動應(yīng)用、真正無線立體聲(TWS)、消費、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、醫(yī)療和工業(yè)市場提供基于MEMS傳感器解決方案的廠商，其MEMS力度傳感器和紅外(IR)檢測傳感器能夠以出色的性能取代按鈕和電容式觸摸解決方案，打造了新的用戶接口可能性。IGaesmc

按照Qorvo方面的說法，通過該收購，Qorvo MEMS技術(shù)產(chǎn)品組合得到了進一步擴充，公司也能夠利用基于MEMS的傳感器加快力度感測解決方案的部署。IGaesmc

QM98000是一顆在3D Touch市場極具話題度的芯片。作為一顆使用MEMS工藝打造的標準IC，QM98000采用1.33x1.43x0.22mm的封裝尺寸，不但集成了傳感器和模擬前端，無需MCU，還擁有極其出色的靈敏度，可以只用單顆Sensor的信號就能覆蓋半屏。其采樣頻率最高可達1KHz，擁有自動補償校準、超低功耗、內(nèi)置溫度傳感器和溫度補償邏輯等功能，在線性度、一致性和可靠性方面性能出色。IGaesmc

Qorvo方面指出，基于QM98000芯片的長條形模組可以直接替代市場上的現(xiàn)有方案。其提供的Standoff設(shè)計更是能將器件保護在中間，能夠防止極端情況下碰撞。又因為中框開孔僅露出QM98000芯片，考慮到該芯片的小尺寸，這就使得該方案擁有開孔小，利于散熱等特性。加上其信號強度支持單芯片覆蓋半屏，因此該模組距上邊框僅有15mm，符合新一代手機壓感設(shè)計要求。IGaesmc

“無論任何設(shè)計，要做到尺寸、功耗和性能(力度傳感器的靈敏度)的平衡都非常困難。而且，客戶的關(guān)注點也各不相同，有的關(guān)注靈敏度，有的關(guān)注功耗。”Julius Tsai說這給他們的設(shè)計工作帶來了極大的挑戰(zhàn)——既要實現(xiàn)不同要素間的平衡，更要努力提供最小型、最低功耗和最高靈敏度的高品質(zhì)力度傳感器。當然，價格因素也不能忽略，要確保所有產(chǎn)品均在可承受的價格范圍內(nèi)。IGaesmc

“很幸運，我們做到了，我們可以提供獨特的功能組合，使傳感器能夠以不同的尺寸、功耗、形狀和ASP實施。并且，Qorvo傳感器是唯一能夠在從30美元的耳塞式耳機到超過10萬美元的電動汽車中均有所應(yīng)用的產(chǎn)品。”他說。IGaesmc

汽車，觸覺應(yīng)用新熱點

在汽車設(shè)計領(lǐng)域，電動汽車設(shè)計猶如一張白紙。新的市場參與者可以自由地重新設(shè)計人們?nèi)绾问褂闷囈约叭绾闻c汽車互動。自動駕駛可為駕駛員或乘客提供更多的空閑時間來處理工作或娛樂。人們會更加注重舒適性、內(nèi)部設(shè)計和使用體驗。所有這些需求都將成為未來工業(yè)設(shè)計的驅(qū)動力，而力度感測則是一個關(guān)鍵的促成因素。IGaesmc

在過往的汽車設(shè)計中，無論是出于安全還是保守的緣故，大多數(shù)汽車內(nèi)部的控制功能幾乎都由機械按鍵加以完成。但隨著智能汽車的興起，中控屏、智能后視鏡、多功能方向盤、座椅控制，包括壓力傳感器(force sensor)、電容觸控、振動反饋、更大的顯示屏、各種新材料在內(nèi)的智能表面產(chǎn)品，被越來越多的引入汽車內(nèi)部。IGaesmc

例如方向盤的按鍵就可以從“物理”按鍵變成“虛擬”按鍵；同時，許多研究表明，有了觸覺反饋，可以減少駕駛員眼睛在觸摸屏上的停留時間，減少事故發(fā)生的次數(shù)，極大提升駕駛的安全性。IGaesmc

為此，Qorvo也推出了兩款包括傳感器和模擬前端的車規(guī)級解決方案：“Force sensor only”能支持更多樣化的表面材料(包括金屬)，厚手套以及有水環(huán)境的操作；“Force sensor+電容觸控”方案則可以解決單一電容觸控技術(shù)易被干擾而導致誤觸發(fā)的問題。IGaesmc

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圖源：QorvoIGaesmc

如今，這兩種實現(xiàn)方式在方向盤、門開關(guān)和中央控制臺中均有所運用，但不會針對應(yīng)用本身設(shè)定特定的實現(xiàn)方式，更多的是要考慮價格范圍、機械結(jié)構(gòu)、以及如何用最簡的設(shè)計實現(xiàn)最優(yōu)的體驗等。IGaesmc

但，“寶馬和梅賽德斯奔馳的觸覺體驗是有所不同的”，如何提供那種流淌在指尖的精準觸感和差異化方案，是Julius Tsai及其團隊需要面對的挑戰(zhàn)。他解釋說，Qorvo的做法是與OEM和一級供應(yīng)商合作，以確保功能的出色整合。其中，面向不同目標用戶群設(shè)置的觸摸體驗由OEM 和一級供應(yīng)商定義，Qorvo傳感器負責通過數(shù)字編程特性來實現(xiàn)差異化體驗。IGaesmc

結(jié)語

從按鍵、按鈕到傳統(tǒng)觸控屏，人類與設(shè)備的交互方式在過去十幾年里發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。但其實，總體來看，技術(shù)的進化很像人類的生物進化，不可能是單一性質(zhì)，非此即彼，更多的時候是協(xié)同發(fā)展，未來的人機交互技術(shù)一定會呈現(xiàn)百家爭鳴的良性競爭狀態(tài)。IGaesmc