3D Touch 的新机遇！
发布时间：2022-03-25 13:58:02
来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)
对于熟悉手机行业的读者来说，3D Touch 并不是什么新玩意。例如早在 2015 年，苹果就推出了带有 3D Touch 功能的 iPhone 6S，给用户带来不同的交互体验。
从应用上看， 3D Touch 为用户提供了一个额外维度的人机交互界面，人们可以在支持 3D Touch 设备的主屏幕上通过使用不同的压力按压来得到不同的结果。用技术解释，则代表着在智能手机触控屏上除了有 x 轴和 y 轴的移动以外，还有一个 z 轴选项，给消费者提供更多的选择。
据了解，主流的 3D Touch 的实现方式有两种。第一种是“电容触控 + force sensor”模式,在这种模式下，电容触控负责 XY 量，force 负责 Z 量；第二种模式则全部用 force sensor 实现的“force sensor only”方案。在这种方案下，通过多颗 sensor+ 算法实现 XYZ 量的识别。这两种模式各有各的优缺点，如前者用的 force sensor 数量少，所以成本相对便宜，但适用的场景有限；后者需要成本较高，但理论上可以适应包括金属，厚手套和带水操作等多个场景，这是前者所不能做到的。
毫无疑问，该技术能够给消费者带来前所有未有的新体验。但因为这样那样的原因，3D Touch 早些年在智能手机领域经历了从大热到遇冷的过程。但在从业者持之以恒的潜心打磨以后，伴随着技术的升级和新应用需求的兴起，3D Touch 又迎来了一波新的机遇。
从手机到汽车，
3D Touch 重返台前
有分析师在过去曾经表示，3D Touch 之所以并没有一炮而红，与它在应用上没有太多刚需场景有关。诚然，对于一个用户来说，直接用力按压 app 图标执行操作，与点击打开 app 再执行操作虽然有差距，但这些秒级的差距也没有那么大。
除此以外，早期 3D Touch 方案的硬件成本以及其给生产和结构设计带来的新挑战和要求也阻碍了该技术的发展。以当年首次实现 3D touch 的智能手机苹果 iPhone 6S 为例。据了解，为了实现该方案，苹果不得不给手机带来一个坚实的背板来承载电容传感阵列。同时，考虑到结构变形可能会让其灵敏度发生明显变化，厂商也许就必须从结构上做更多的投入和思考。更重要的是，3D Touch 的投入会带来更高的成本，这就让不少厂商望而却步。
iPhone 6S 的 3D Touch 电容式触摸传感器
具体到组件上，如上图所示，iPhone 6S 的方案除了拥有一个传感器外，还需要一个额外的控制器。关于苹果这个设计，除此以外，笔者并没有获取到太多的信息。但有行业人士指出，市面上有一些采用“传感器 +MCU”的设计不但需要搭配多块的长条形的 FPC 模组，还要在中框开大孔,不利于散热，其功耗和成本也高。更有甚者，相关模组是开发人员根据项目需求定制的尺寸，通用性差。而其压感材料印刷易导致微裂缝，一致性、良率不如硅材质。
正是在上述种种因素的影响下，3D Touch 不如预期已成为意料之中。
然而，进入最近几年，手游市场的逐渐火热，又给了这个技术一次机会。数据分析平台 Sensor Tower 于 1 月 11 日发布的预估数据显示，2021 年全球手游市场（包括 App Store 和 Google Play 双渠道，下同）内购收入将达 896 亿，未来的增长速度也是喜人。因此如何抓住这个机遇，就成为了手机厂商工作的一个重点。这也是 3D Touch 重新被关照的原因。因为和普通应用不一样，在游戏操作上，一点点操作延迟带来的结果是完全不同，而这正是 3D Touch 所能带来的优势。
除了手机市场以外，智能汽车的兴起，也给这种技术带来了新的机会。作为近年来的全球热点之一，这个变革给汽车的设计带来了翻天覆地的变化，无论是摄像头、激光雷达，还是车联网、车内大屏，这些前所未有的变革正在给汽车使用者带来了全新体验。于是，和之前的智能手机一样。我们正在从传统汽车向智能汽车迈进，智能表面作为汽车智能化的产物之一，也引起越来越多汽车厂商的重视。
众所周知，在过往的汽车设计中，无论是因为安全还是保守，大多数汽车内部的控制几乎都是都是使用机械按键来控制的。但这在最近几年新兴造车势力的倒逼下，发生了新的变化。从中控屏开始，到智能后视镜，再到多功能方向盘以及座椅控制，汽车开始引入越来越多的智能表面产品，其中需要的关键产品就有 force sensor，以及更多更大的显示屏，电容触控，振动反馈，各种新材料等等。同样的转变也发生再电动自行车和摩托车行业，就给相应的参与者带来了机会。
扫清技术障碍，
为未来做好准备
站在这个“新风口”的供应商，尤其是面向手机 3D Touch 的供应商能否取得成功，就在于他们的人机接口（HMI）传感解决方案能否取得突破性的进展，这成为了这项技术能否回到主舞台的原因。
正如前文所说，之前的 3D Touch 方案创存在重重困难。而被 Qorvo 收购的 NextInput 最近表示，通过其极具竞争性的方案，能给行业带来新助力。
资料显示，NextInput 成立于 2012 年，为移动应用、真正无线立体声 (TWS)、消费、汽车、物联网、机器人、医疗和工业市场提供基于微电子机械系统 (MEMS) 的传感器解决方案。NextInput 的 MEMS 力度传感器和红外 (IR) 检测传感器以其出色的性能取代了按钮和电容式触摸解决方案，打造了新的用户接口可能性。
2021 年 5 月，Qorvo 宣布完成对 NextInput 的收购。按照他们的说法，通过这个收购，Qorvo 的 MEMS 技术产品组合得到进一步扩充，公司也能够利用基于 MEMS 的传感器加快力度感测解决方案的部署。
Qorvo移动产品事业部总裁 Eric Creviston 更是直言：“NextInput 团队为 Qorvo 的移动产品业务带来了新生力量，可为现有和新市场上的客户提供基于 MEMS 传感器的创新型产品。NextInput 不但巩固了 Qorvo 在技术和产品方面的领先地位，还为下一代人机接口解决方案带来了新的机遇。”
如面向手机市场，他们就提供了拥有多方面优势的解决方案，主要就是依赖于其 QM98000 芯片。
据介绍，这是一颗使用 MEMS 工艺打造的标准 IC，拥有线性度，一致性和可靠性高等特点拥有自动补偿校准、超低功耗以及内置温度传感器和温度补偿逻辑等特性和功能；其采样频率也最高可到 1KHz 的超快响应。值得一提的是，这颗芯片不但集成了传感器和模拟前端，无需 MCU；还拥有极其出色的灵敏度，可以只用单颗 Sensor 的信号就能覆盖半屏。再叠加 1.33 x 1.43 x 0.22mm 的业界最小尺寸封装，Qorvo 这颗芯片在 3D Touch 市场极具话题度。
Qorvo 也指出，基于这个芯片长条形模组直接替代市场上的现有方案。其提供的 Standoff 设计更是能将器件保护在中间，能够防止极端情况下碰撞。又因为中框开孔仅露出 QM98000 芯片，考虑到该芯片的小尺寸，这就使得该方案拥有开孔小，利于散热等特性。加上其信号强度支持单芯片覆盖半屏，因此该模组距上边框仅有 15mm，符合新一代手机压感设计要求。
能拥有这样优越的产品表现，这与 NextInput 过往的经历有关。据了解，他们是 3D Touch 游戏手机应用的开创者，而在客户服务方面，除了硬件以外，他们还提供包括软件、结构、算法和产测在内的全方位支持。在这样的方案加持下，Qorvo 的产品已经被广泛应用到多个品牌的智能手机上。
乘着这个气势，Qorvo 也推出了车规级解决方案。据了解，该方案是同类产品中最早通过汽车行业 AEC-Q100 的认证以及获得国际知名 Tier 1 厂商 PPAP level 3 的认证，除了超高的品质，性能方面在灵敏度，线性度，超低功耗，小尺寸方面都是业绩最高水准。产品包括传感器和模拟前端，内部集成关键算法，比如基线自动补偿校准、超低功耗控制以及内置温度传感器和温度补偿逻辑等特性和功能，客户无需再开发信号转化和处理的算法，能直接获取数字信号量。正因为拥有了设计如此简单且成熟的解决方案，Qorvo 能够轻而易举地帮助汽车的多个应用实现体验升级。
具体到实际应用上，如文章开头如说，Qorvo 给汽车带来两种不同的实现方式。据介绍，不同于传统机械按键的开和关，force sensor 能在适当的寄存器配置后，实现单一按键的多级触发或者通过检测力值去识别用户意图，真正意义上实现智能表面的功能，同时也可以提供整个系统的功能安全（ISO262622）等级，尤其是对于安全功能需求的汽车按键。
Qorvo 进一步指出，在汽车应用上，”Force sensor only“同样能支持更多样化的表面材料(包括金属)，厚手套以及有水环境的操作。“Force sensor + 电容触控”方案则可以从根本上解决单一电容触控技术易被干扰而导致误触发的问题。
截至目前，Qorvo 的产品在全球已经获得超过 20 个汽车品牌的定点，其中有 10 余款国内外汽车厂商已经在量产，在未来几年会有越来越多的采用 Qorvo 产品的国内外品牌车量产。
从按键、按钮到传统触控屏，人类与设备的交互方式在过去十几年里发生了巨大的转变。展望未来，3D Touch 必将在这个交互进化进程中扮演重要角色。而 Qorvo 则势必会成为其中一个重要推动者。
——本文来源：QORVO半导体
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