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进军医疗市场 英飞凌传感器能开拓哪些新应用你的位置:首页>行业新闻

传感器作为人体感觉器官的扩展,应用已无处不在。以医疗领域为例,传感器可用来测量血压、脉搏、体温、监测呼吸、心率、睡眠等等,所得数据将作为重要的生理参数为临床诊断提供帮助。随着5G技术的发展,在远程医疗上传感器也发挥着重要的作用。值得一提的是,在抗击新冠肺炎疫情战役中传感器的作用不容小觑。另据ABI市场分析,未来8到10年,市场对于居家场景下健康管理产品的需求会出现爆发式增长,预计到2030年将会超过1.8亿台的需求。以上报告可见,人们对自己的健康状况愈加重视。而通过传感器收集的各种形态资料、数据,配合无线、蓝牙等,经过可穿戴产品、智能家居场景中的设备上传到云端,可为线上医生提供及时的参考数据。甚至从线上获取到医疗数据对于保险行业也可起到一定帮助,从而适当调整用户的保险类别和费用。综上所述,传感器在医疗健康领域的应用更加广泛,其生态圈也在不断扩展。

英飞凌凭借其在工业领域多年的传感器研发经验,将产品封装、尺寸、成本以及技术上的优势拓展到消费类健康监测设备中。日前在媒体分享会上,英飞凌重点分享了四大类型的传感器产品和优势,以及该公司如何开拓更深的医疗应用场景。

雷达传感器增进普通人对自己身体信号的了解

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场经理吴柏毅将传感器比作人的触觉、视觉、嗅觉等感知器官,并表示英飞凌拥有一系列的产品与此对应。而雷达传感器则被比喻成人类的眼睛,用来感知周围的环境,对于一些运动检测,雷达会有更高的灵敏度和可靠度,利用不同的算法,通过智能居家或智能化设备,可进一步实现更多的功能。

吴柏毅称,雷达功能强大,在医疗应用中,以非接触的方式感测心脏和胸部的运动,包括呼吸时胸腔微小的位移,从而利用其优势可开发出一些与生命体征监测相关的应用,甚至也可以利用“存在感测”激发一些装置系统,去感知距离、位置、速度、角度等数据信息,之后进一步结合算法实现呼吸、心跳、手势、追踪等应用。

2016年谷歌开发者大会上,英飞凌雷达传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,以及一些简单的侦测,例如手势侦测。直到现在谷歌仍然在使用该产品。毫不夸张地说此方案影响了整个市场上对雷达的开发应用。

全新的毫米波雷达传感器是利用毫米波技术进行监测,配以天线设计,串接到MCU,通过算法来获取以及处理数据。

英飞凌本次带来的两款毫米波雷达BGT60LTR11AIP和BGT60TR13C涵盖多场景应用,但也各有千秋,前者属于一款高性价比的方案,完全可利用自动模式进行运动检测,同时可通过外挂MCU为工程师提供灵活的应用。后者具有超宽频特性,拥有更高的分辨率,从而实现更多的功能。

BGT60LTR11AIP 高集成度、体积小、应用灵活

BGT60LTR11AIP是一款带有集成模拟基带和探测器的多普勒雷达,用于运动检测,有极高的性价比。芯片本身在无需MCU的情况下就可作运动检测,外挂MCU后可以增加距离探测。其具备一发一收架构,采用集成天线封装技术,并且尺寸仅有3×7mm。

该芯片提供两种模式,在自动模式下,可以侦测5米内的人体运动的方向,水平视角约80度,平均功耗小于5 mW,在运动和方向上提供直接输出动态。无需任何毫米波RF射频的开发;在SPI模式下,工程师还可以外接MCU或者处理器,用于提取原始雷达的数据和算法,从而增加侦测距离高达10米。实现更高级如检测区域或信号处理功能。此外,从芯片引脚配置上看,即便处于自动模式下,该芯片也可配置4个输入引脚,方便工程师根据不同的使用场景开发出新的设计。

吴柏毅称,这颗高集成的芯片可帮客户解决天线设计、射频以及雷达讯号处理方面的复杂性问题。是红外方案替代的优选,与红外方案相比毫米波增加了敏感度,误报率更低,会大幅提升使用者的体验。另外,由于毫米波具有穿透、非导电特性,特别是该芯片尺寸较小,很容易被封装,是便携式产品理想的选择。

BGT60TR13C检测范围10m以内

本次媒体会英飞凌发布的另一款毫米波雷达产品为BGT60TR13C,与BGT60LTR11AIP 架构不同, 此为一发三收的 MMIC,同样采用集成天线封装技术,尺寸为6×5mm,平均功耗约为20-30mW,使用频宽大于5GHz,解析度约达到3cm,具有极高的信噪比,检测范围在10m以内,可以提取角度信息,利用高级算法开发,还可实现手势辨识、室内人员的存在感知、追踪,甚至心跳监测等功能,应用范围可扩展到智慧建筑、智能家居、TV、笔记本以及老人看护等方面,现已上市。

配合英飞凌其它传感器、处理器,甚至安全芯片,工程师除了做传感产品之外,也可以加入IoT、无线功能,使智慧健康监测变得更加容易,使普通人随时了解到自己的身体状况。除此之外,吴柏毅也表示,实现精准的算法是雷达最大的挑战,而这恰恰又是英飞凌的优势。

ToF传感器守护老人的健康

ToF即飞行时间,其工作原理,是传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差,来换算出被拍摄者的距离,以产生深度信息。此外再结合传统的相机拍摄,便可将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。英飞凌的ToF是一个面阵的ToF,通过任意像素都可以计算出待测物体的距离,从而形成一幅图像,英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级市场经理张铁虎介绍。

我们之前了解更多的ToF是应用在移动手机中,做人脸识别和手势判断。扫地机器人中ToF的避障功能,使得机器人高效运转。智能座舱感应上ToF可以根据驾驶员的人脸ID,判断其座椅的距离,从而调整到适合的位置等等。在泊车应用上,补盲点以及开车门检测是ToF现阶段车外应用的主要需求,可以补充超声、RGB摄像头不能探测到的环境,很好地判断周围几米范围内的障碍物情况。

现如今,ToF在健康应用上愈发突出,比如跌倒检测,通过ToF传感器,检测到老人跌倒时一些姿态的变化,在感知到人体有跌倒风险的情况下发出警报。此技术在家庭、养老院、隔离酒店等场所大有前景。需要注意的是,ToF的成像并不是RGB的,涉及不到人的隐私。

英飞凌称得上是ToF领域的先驱者,在2013年就与pmd合作,使得ToF成像器尺寸更小,功耗更低,并且真正将其应用扩展到消费类产品中,而早在2002年pmd就从事该领域的研究,专注于工业应用。英飞凌与pmd合作后推出了第一代ToF REAL 3成像器,并于次年推出第二代产品。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。同年,美国一家创业公司Lighthouse采用英飞凌ToF,研发了一款家庭机器人,实现了智能家居终端应用。2018年英飞凌ToF推出第三代产品,并于2019年荣获当年Vision Product of the Year产品奖项,并同时在LG手机中实现前视Face ID的量产。之后又在夏普手机中实现两款产品的量产,其主要功能是图像的增强、对焦和背景虚化。随后在中国著名手机厂中,无论前视手机还是后视手机都安装了ToF的应用。2021年推出第六代产品,具备更远距离的检测,为将来适应元宇宙的趋势以及AR应用做出铺垫。

XENSIV™ PAS 二氧化碳传感器 空气环境风险预警

近年来大家都在提倡低碳生活,这是因为平日里含碳的产品被大量使用,使得二氧化碳气体排放量加大,导致全球气候严重变暖。另外,二氧化碳浓度到达一定量时会对人体健康造成重大风险。相关资料表明,一个人在约4平方米的空间中,二氧化碳浓度值会在45分钟之内从500PPM上升到1000PPM以上,此时人体能感到不适,困倦、注意力下降,一旦浓度值达到2000PPM左右,对身体健康十分不利。在浓度值达到5000PPM以上的空间中超8个小时,甚至会使肌体产生中毒现象,高浓度的二氧化碳则会让人窒息。

对二氧化碳的监测被广泛应用在住宅、商业建筑等中。那又是如何监测的呢?这里就要提到二氧化碳传感器,目前市场上主要提供四种技术:光声光谱、NDIR、EC和eCO2。英飞凌在本次媒体会上主推了其基于光声光谱技术的二氧化碳传感器。可为二氧化碳的浓度提供精确的数据参考。具有高端NDIR相同的精度与选择性。但与NDIR相比,它采用了MEMS麦克风作为检测器或是探测器,灵敏度高,减少了器件和设计的复杂性。因此可实现小尺寸和低成本产品,非常适合大批量的工业应用和消费类的应用。而EC和eCO2的精度和选择性比较弱,而且容易受到湿度的影响。

下图可见,光声光谱的二氧化碳传感器和双通道的NDIR以及一款参考传感器测量曲线非常接近,但eCO2的偏差就非常大。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部市场经理刘菊介绍,英飞凌这款二氧化碳传感器精度为正负30PPM,尺寸为14×13.8×7.5mm3,SMD封装,符合国际JEDEC标准,可采用回流焊接技术进行无引脚的表面贴装。

下图中,斜上方的是腔室,内有红外光源、光学滤波片和MEMS麦克风,其中高灵敏度的MEMS麦克风用于探测腔室里面二氧化碳分子产生的压力变化,即使很细微的压力变化也可被检测到,因此仅需少量的气体就足以做出精确的判定。另外这款传感器集成了MCU,可以将检测到的二氧化碳浓度值直接转换为PPM值,并通过三种接口输出数据。

刘菊谈到二氧化碳传感器在健康管理方面的应用也越来越广泛,可以判断室内、人多密集的空间、车厢内等空气质量,以便人们采取下一步通风措施。

英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部应用市场总监李国豪分享,英飞凌PSS事业部现有四大类型的传感器分别是MEMS产品,主要应用在手机、耳机、智能音箱的麦克风上;3D立体雷达传感器,在汽车领域,可实现远距离侦测障碍物。另外该类型传感器可在智能家居、智慧健康方面提供多维度的数据;3D ToF飞行时间传感器,能够侦测到人体或物体的距离、深度,应用广泛从手机到扫地机器人,如今在智慧家居里面,可侦测到家庭成员的安全情况,比如是否有摔倒的状况,对照顾老人和儿童十分有利;二氧化碳传感器,可应用于空调以及空气净化器中,同时可通过室内的空气质量来侦测到室内是否有人的存在。

英飞凌凭借其在工业领域多年的传感器研发经验,将产品封装、尺寸、成本以及技术上的优势拓展到消费类健康监测设备中,特别是在智能化的今天,一些健康类设备甚至无需与身体接触,而只需放置在室内或智能家居中,这也意味着健康监测功能的载体类型逐渐从可穿戴转移到家居或室内空间,英飞凌多类型传感器方案无疑将为健康管理领域锦上添花。

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