橫跨物聯網和大健康兩個萬億級市場的傳感器，正在迎來強勁增長動力。過去十年間，搭載多種傳感器類型的智能手表、手環等，可以測量步數、心跳等數據，已經成為很多人必不可少的隨身設備。
隨著可穿戴設備應用的成熟，傳感器在大健康的應用場景也在不斷拓展。不僅用于兒童的看護，居家養老方面也得到更多應用，通過與多種家居設備聯動使用，有望構筑云端一體的智慧醫療新體驗。據ABI Research數據，未來十年內，居家場景中健康管理(Home Healthcare)產品的安裝量將由2022年的2000萬臺增長至2023年的1.8億臺。
英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部應用市場總監李國豪，日前在接受媒體采訪時表示，海量健康設備中，各類傳感器扮演著關鍵角色。以往在醫療健康監測領域，傳感器多應用于專業級健康醫療設備。英飛凌通過對傳感器在封裝、尺寸、成本上的優化設計，將多種傳感器從工業應用拓展到消費電子產品中。并與智慧健康領域的合作伙伴攜手進行方案設計，讓消費類電子產品成為監測功能的載體，并在健康管理以及監測方向落地。
“作為數據收集的起點和重要來源，傳感器就像人體感官一樣，對環境進行感應”, 李國豪介紹了英飛凌幾大類傳感器的特征，“高精度毫米波雷達傳感器、3D ToF飛行時間傳感器，就類似于人的眼睛，用于人員/障礙物監測；超高信噪比MEMS麥克風、XENSIVE PAS CO2二氧化碳傳感器相當于耳朵和鼻子；精準的壓力傳感器，則像人類的皮膚一樣具備感知功能。”
不同傳感器如何應用于智慧健康領域？
雷達傳感器
英飛凌雷達傳感器首次在全世界亮相是2016年的谷歌開發者大會上。當時，在谷歌還未正式發布的Pixel 4手機上成功演示了感知、以及手勢偵測等功能。直到現在，谷歌仍在持續地使用該雷達產品，它也進一步影響整個市場雷達的開發、使用的想法，以及一些創新的應用案例。
英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部高級市場經理吳柏毅介紹，雷達的功能和特性十分強大，可以感知到任何微小的移動，包括呼吸時胸腔微小的位移，由此可以做生命體征的監測，去感知距離、位置、速度、角度等數據信息，之后進一步利用算法可以實現呼吸、心跳、手勢、追蹤等各方面應用。
此外，雷達波可以穿透任何不具導電物質的表面以及外殼，即使安裝到產品內部也不受影響。且不容易受客觀環境如燈光、粉塵等影響，可以更精確地識別手掌的運動和追蹤，并且在外觀設計更加靈活、美觀。
雷達傳感器的工作原理如下，從左至右依次是雷達傳感器、MCU和消費者終端，探測到的數據信息以反射波的形式在處理器中進行運算，輔以固件開發、算法處理等，能夠滿足不同使用者的需求。
英飛凌PSS部門最新推出了兩款雷達傳感器BGT60LTR11AIP和BGT60TR13C。前者基于毫米波多普勒效應打造，主要面向運動檢測類應用，開啟自動模式時探測距離可達5米，水平視角約80度，平均功耗小于5毫瓦；后者采用一發三收的硬件架構，平均功耗20-30毫瓦，頻寬大于5GHz，解析度3厘米，搭配不同的高級算法，可以實現手勢辨識、室內人員存在感知、追蹤，甚至心跳監測等功能。
吳柏毅表示，毫米波雷達芯片應用于健康監測設備中，可以實現全天候、非接觸、不侵犯隱私的數據記錄。在清雷科技發布的“貝加安智慧康養生命支持系統”和智能呼吸睡眠監測設備中，就使用了BGT60TR13C毫米波雷達芯片。在智能呼吸睡眠監測設備中，采用了毫米波雷達層析感知技術。通過2.5cm分辨率層析譜和100ms刷新周期，能夠從睡眠、呼吸、心率、體動、睡姿等多維度進行監測。
談及這些產品的開發難點，吳柏毅介紹，毫米波雷達傳感器最大的挑戰在于算法，通常的做法是將距離、位置、速度、角度信息與雷達不同的工作原理和算法相結合，形成組合方案。當然，隨著算法的不同，雷達傳感器所匹配的MCU或處理器也不相同，因此成本、功耗會存在差異，這完全取決于最終的應用場景所需。
在主打的應用方向方面，BGT60TR13C適用于先進的雷達傳感，同時也適用于高階的FMCW算法，通過這些復雜的訊號處理，可以實現手勢控制、生命體征監測以及人員追蹤等功能； BGT60LTR11AIP則是取代紅外傳感的最佳方案，利用其集成基帶以及集成天線封裝技術，可以更精準地偵測運動方向，并且對于使用者沒有要求，任何人都可以直接使用以及偵測。這些產品豐富了英飛凌的產品方案組合，也極大拓寬了雷達方案的應用場景。
ToF傳感器
英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部高級市場經理張鐵虎回顧，2013年，英飛凌和pmd technologies就在ToF領域展開合作，并于2015年推出第一代ToF圖像傳感器REAL3。此后，英飛凌保持著每年推出一代產品的節奏，2021年，英飛凌推出了第六代ToF產品，具備了更遠距離檢測的能力(達到10米距離)，這是為了適應未來元宇宙的應用需求，以及更加適配AR應用的需求(包括圖像功能增強和低功耗需要)。他強調，英飛凌是最早進入ToF領域的廠商之一，同時也是在消費類產品中實現大量量產的廠商。
目前看來，ToF傳感器在掃地機器人和AMR中的應用最為廣泛。這些產品的共同特點都是需要對工作空間、障礙物形狀進行判斷，并實現智能構圖和路徑規劃，從而達到高效運轉的目的，這就需要精準的圖像探測。
在汽車領域，包括駕駛員檢測、駕駛員Face ID驗證、乘客檢測、燈光座椅調整在內的Smart in-cabin sensing(駕艙內智能感應)，以及自動泊車輔助、車門避障在內的車外應用，都是ToF熱門的應用領域。
在健康監測領域，ToF可被用于跌倒檢測。這是高分辨率ToF傳感器的優勢領域，因為既能得到清晰的圖像，又能保護隱私。張鐵虎介紹了騰訊即視智慧養老解決方案，基于英飛凌REAL3 3D飛行時間圖像傳感器IRS2381C，能提供7*24小時的安全事件識別、健康數據分析、場景識別及定位等能力。
XENSIVE PAS CO2傳感器
二氧化碳濃度是空氣質量的一項關鍵指標，在人多擁擠、通風不良的環境下，二氧化碳濃度會快速上升。如果一個人在大約4平方米的空間中，二氧化碳濃度值會在45分鐘之內從500PPM上升到1000PPM以上。室內二氧化碳濃度越高，室內人員舒適度越低，當濃度達到1000PPM以上時，人們會感到困倦、難以集中注意力；濃度達到2000PPM以上，甚至認知能力會受到影響。高濃度除了會對人體健康造成風險之外，在住宅和商業建筑采用有效的空氣質量監控會有助于節約能源，同時降低相應的成本。
英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部市場經理劉菊表示，通過對空氣中的二氧化碳濃度進行監測，能夠有針對性地對空氣質量進行控制，有助于改善人們的健康狀況，提高生活的舒適度和提高工作效率。另一方面，按照需要來控制和使用通風系統，可以節約能源，降低通風系統的運行成本。
憑借MEMS技術的經驗，英飛凌成功開發了以光聲光譜技術為基礎的新型XENSIVE PAS CO2 二氧化碳傳感器，這款產品基于光聲光譜(PAS)原理，幾乎實現了目前最小的封裝尺寸，包含紅外光源、光學濾波片、MEMS麥克風傳感器和MCU，相當于一個小型系統，極大幫助客戶加快了產品上市時間。此外，SMD封裝支持大批量、大規模生產工序，基于光聲光譜的XENSIVE PAS CO2 二氧化碳傳感器是目前較好的選擇。
據劉菊介紹，與基于NDIR、EC和eCO2原理的XENSIVE PAS CO2二氧化碳傳感器相比，PAS技術采用了MEMS麥克風作為檢測器，靈敏度高，減少了器件和設計的復雜性，比市場上現有的NDIR傳感器產品尺寸縮小了4倍，重量減輕了3倍，能夠節省75%以上的空間，同時自帶補償算法，非常適合大批量的工業應用和消費類的應用。另一方面，EC和eCO2的精度和指向性比較弱，而且容易受到濕度的影響。
傳感器在智慧健康領域的發展趨勢？
相較于汽車、工業等領域的傳感器產品，家用智慧健康監測設備在感應距離和敏感度方面都不一樣，并且，在室內的小空間，存在很多反射和干擾。這些都是傳感器在家庭智慧健康監測領域的現實問題。與此同時，應用場景和需求極度的碎片化、且對功耗要求更為嚴苛，這都給傳感器設計帶來了更大挑戰。
對此，李國豪表示，英飛凌在傳感器的開發方面已有多年積淀，形成了豐富的傳感器產品線和多種產品規格。結合傳感器、處理器、安全芯片等產品，除了傳感功能，還可以加入更多的IoT、無線等功能，讓智慧健康監測變得更容易，走入更多家庭中得以應用。
在持續開拓新應用方面，將會通過不同商業模式、不同合作方式，與不同生態圈的合作伙伴，通過多種模式進一步觸達新的應用藍海。目前，英飛凌正在開啟智慧健康監測領域的更多新應用，通過與合作伙伴進行算法提升，未來將在健康管理方面發揮重大功效，開拓更多的新機遇。
以智慧養老為例，通過毫米波雷達、ToF等設備無接觸偵測老年人生活狀態的應用需求已經比較明確，例如偵測靜坐及睡眠時的呼吸、心率狀況；或是偵測在屋內行走有無跌倒等狀況。再結合市場上已有的線上醫生、甚至是保險服務等，能夠形成智慧醫療、智慧養老生態圈的聯動發展。
此外，一些智慧康養生命支持系統可面向康養機構、社區養老、居家養老、醫療機構等多種應用場景，提供危險信息及時告警，包括離床告警、跌倒告警、呼吸急促或心跳過緩告警、呼吸暫停告警等。同時，它還能實現潛在風險提前預測，包括睡眠質量分析、跌倒風險預測、生命活力評估、呼吸慢病AI輔助診療等功能。
“不過，由于場景多、需求復雜，因此多傳感器融合方案目前面臨的最大挑戰仍是算法，尤其是在算法的相互配合和可靠性方面”，李國豪補充，“通過引入人工智能和機器學習，補充更多邏輯功能來強化數據的分析和處理，將成為下一步的重要趨勢。”
近年來，英飛凌致力于發展“感知、計算、執行、連接、安全”五大方向的物聯網能力，這些技術能力相互配合，有利于提供更為完整的傳感器解決方案。
李國豪表示，除了應用于智慧健康領域的多種傳感器，英飛凌還有用于安防的傳感器，通過網絡通知入侵狀況。在智能音箱這個典型的應用中，通過硅麥克風、雷達，再加上軟件算法，能夠判斷用戶是否靠近智能音箱，以此來控制屏幕亮度。
“各類傳感器可以收集到不同類型的數據，不論是聲音、感應還是其他可以量化的數據，這些數據在數字化生活中越來越重要”，李國豪說，“用戶通過傳感器采集到的這些數據，再加上合適的算法、邏輯，能夠開發出更多、更豐富的應用方案，未來的落地點非常廣泛，機遇也多種多樣。”
