如今，動作(任天堂Wii)、觸控(Apple iPhone)以及語音(Amazon Alexa)等互動方式已經(jīng)過時了，更酷炫、更有賺頭且“免觸控”(touchless)的新一代用戶接口 (UI)正成為消費設(shè)備的新寵。

　　正如Chirp Microsystems首席執(zhí)行官Michelle Kiang在MWC展會上所說的，“重要的消費電子突破總是由UI革命觸發(fā)的�！� 

　　Chirp推出一款單芯片超音波飛行時間(ToF)傳感器，讓用戶無需觸控屏幕就能和可穿戴設(shè)備實現(xiàn)互動，甚至是無屏幕的設(shè)備。

　　盡管Kiang并未表示基于超音波感測的“免觸控”互動將取代其它現(xiàn)有UI，但她認為這將為可穿戴設(shè)備、擴增實境/虛擬現(xiàn)實(AR/VR)、智能手機甚至汽車提供另一種互動形式。

　　技術(shù)傳承自學(xué)術(shù)研究

　　Chirp Microsystems是一家位于加州伯克利的新創(chuàng)企業(yè)，目前共有15名員工，在今年的MWC推出該公司首款針對可穿戴設(shè)備開發(fā)的高精確、低功耗超音波感測開發(fā)平臺。

　　許多穿戴式產(chǎn)品(如智能手表)的屏幕尺寸通常都很有限，用戶經(jīng)�？嘤谄洹笆种柑�粗”。Kiang說，只要在智能手表中嵌入MEMS超音波ToF傳感器，無論用戶的手指粗細，都不必再觸控屏幕，只需利用手勢即可控制手表的功能。

　　穿戴式腕帶或許是更好的說明范例。目前的腕帶基本上并沒有空間配備屏幕，無法直接與穿戴者互動。但是，Kiang表示，如果腕帶或指環(huán)中搭載了夠精巧的超音波ToF傳感器，這些流行的穿戴式腕帶馬上就能和用戶實現(xiàn)實時互動了！

　　Chirp的ToF傳感器采用類似MEMS麥克風的3.5 x 3.5 mm LGA封裝，以1.8V的單電源運作。該設(shè)備并配備I2C接口，十分易于整合于消費電子產(chǎn)品中。

　　MEMS與混合信號CMOS ASIC

　　Chirp不僅開發(fā)MEMS超音波轉(zhuǎn)換器，還為其搭配一款混合信號CMOS ASIC，并將二者整合在單一系統(tǒng)級封裝(SiP)中。

　　這款ToF傳感器的板載微處理器可為喚醒感測應(yīng)用實現(xiàn)永不斷線(always-on)的運作。據(jù)該公司介紹，該組件采用了范圍大于1m的脈沖回波感測，而在1Hz采樣率為時功耗僅9uA。

　　這款MEMS超音波傳感器的突破性微型化設(shè)計，是由美國加州大學(xué)伯克利分校(UC Berkeley)和戴維斯分校(UC Davis)的研究人員和工程師共同開發(fā)的，此后成為新創(chuàng)公司Chirp在2014年成立的基礎(chǔ)。

　　相關(guān)IP和主要的研究人員都已經(jīng)從大學(xué)實驗室轉(zhuǎn)至Chirp工作了。該研究團隊成員包括UC Davis機械與航空工程教授David Horsley，以及UC Berkeley和UC Davis的博士研究生和博士后研究員等。目前，Horsley是Chirp公司首席技術(shù)官。

　　除了可穿戴設(shè)備，Chirp的ToF傳感器瞄準的另一個重要市場是AR/VR應(yīng)用。目前，Chirp已能為特定客戶提供其VR/AR超音波感測開發(fā)平臺了。但Kiang并未透露這些客戶名單，僅暗示是大公司。

　　目前的高階AR/VR系統(tǒng)都局限于一個基地臺或受限于規(guī)定的空間內(nèi)。這是因為附加設(shè)備(如攝影機系統(tǒng)或磁傳感器系統(tǒng)等)都必須安裝在這些有限的空間內(nèi)，才能為VR/AR頭戴式設(shè)備中的慣性測量單元(IMU)校正漂移，從而為用戶帶來更好的追蹤體驗。 20170412_chirp_NT31P1P3Kiang展示了一款微型化的MEMS超音波傳感器，如今已能輕易地嵌入于AR/VR頭戴式設(shè)備中。由于追蹤系統(tǒng)能夠隨用戶移動，從而為用戶提供360度的身歷其境體驗。

　　Chirp的超音波傳感器可在AR/VR環(huán)境支持6個自由度的控制器或輸入設(shè)備，實現(xiàn)“由內(nèi)而外的追蹤”。

　　3D感測

　　基于光學(xué)(主要是攝影機)的系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用于目標追蹤了。但是，攝影機本質(zhì)上是一種不帶深度信息的2D技術(shù)，它必須使用“點云”(point cloud)以及更深度的計算，才能逐一地偵測對象的漂移。

　　相比之下，超音波ToF傳感器是3D感測的理想選擇，因為該技術(shù)的三角測量數(shù)據(jù)更簡單。Kiang解釋，“更簡單的計算意味著更低功耗�！�

　　使用紅外線技術(shù)是3D感測的另一項選擇。不過，Kiang強調(diào)，在戶外使用時，經(jīng)由紅外線取得的數(shù)據(jù)往往無法使用。她說：“超音波傳感器則是一種穩(wěn)定的低功耗技術(shù)，用戶可以戴著VR/AR系統(tǒng)走向戶外，甚至漫步于陽光下�！�

　　藉由將Chirp的超音波ToF傳感器設(shè)計于VR/AR系統(tǒng)中， Kiang總結(jié)道：“我們希望低階VR/AR系統(tǒng)也能為用戶帶來更好的互動體驗，而高階VR/AR系統(tǒng)則能擺脫限制，進一步實現(xiàn)行動化�！�

　　拓展智能手機與車用領(lǐng)域？

　　目前，紅外線技術(shù)在智能手機中作為近接傳感器，用于防止用戶在接聽電話時臉部誤觸屏幕。

　　Kiang表示，一些智能手機供應(yīng)商開始尋求以超音波技術(shù)取代紅外線技術(shù)。一開始的吸引力主要來自美學(xué)設(shè)計原因——為了去掉智能手機正面嵌入紅外線傳感器的小孔。而今，有了超音波ToF傳感器，智能手機設(shè)計人員可以為手機增添其它功能，例如自拍時的自動對焦，或提供簡單的手勢控制等。

　　長期來看，Chirp的超音波ToF傳感器能夠用于取代輔助車輛倒車用的大型超音波傳感器。Chirp的傳感器還可作為車載信息娛樂系統(tǒng)的新UI。不過這樣的汽車應(yīng)用還需要更長的設(shè)計周期，Kiang解釋，這項應(yīng)用在Chirp現(xiàn)有的規(guī)劃中優(yōu)先級略低。

　　Chirp的MEMS傳感器以及配套ASIC已經(jīng)出樣了，預(yù)計將在今年底實現(xiàn)量產(chǎn)。Kiang表示，Chirp的一些客戶正計劃于2017年底推出整合Chirp芯片的終端產(chǎn)品，而其它客戶可能要到2018年才推出新產(chǎn)品。

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