從歷史的某個時刻開始，我們用“智能手機”，并且隨時代發展有了“智能家居”“智能樓宇”“智慧城市”“智能照明”……這里的“智能”和“智慧”從直覺來看究竟體現在哪兒？

最早感受“智能手機”的震撼，恐怕是在十多年前，在我們用智能手機看圖時，當手機橫置，圖片也能立刻調轉顯示方向。這一刻我們感覺，手機仿佛是知道我們在想什么的。雖然這項功能現在看來稀松平常，其實現的本質是重力傳感器。

早年的智能家居，比如單純用app來遠程開關燈，大概并不能讓人感受到“智能”。傳感器技術的發展，真正讓“智能家居”能夠名副其實。比如說，下班回家一推門，起居室的燈就自動亮了;向智能音箱說一句“播放音樂”，就能立刻聽到平常最喜歡聽的曲子;夜間起床去洗手間，經過客廳時，客廳也能自動亮燈，并且在折返時自動關燈。

這種“被動式”體驗，才稱得上是“智能”的，其核心就在傳感器技術上。英飛凌事業部總裁Andreas Urschitz說：“將現實世界和數字世界連接起來，其中需要克服的障礙就在于，你需要在各處都布局好傳感器。英飛凌以半導體的形式，為技術賦予人的五官感知。”所以我們在英飛凌的傳感器產品組合中，看到了智能感知（大氣壓力傳感器）、智能耳朵（MEMS麥克風）、智能鼻子（CO2傳感器）、智能眼睛（3D ToF傳感器、雷達技術等）這樣的分類。

以英飛凌的產品覆蓋，我們恰好可以了解當前的“智能”生活究竟已經進化成何種形態，以及如今的尖端傳感器技術，又發展到了何種程度。為此，我們特別采訪了英飛凌科技電源與傳感系統事業部的工程師和負責人，來了解英飛凌在傳遞智能生活、“感知世界”時扮演的角色。

一個典型的例子：報警系統

在英飛凌的宣傳中，直觀感應解決方案，大多強調“系統”性方案。這種描述方式大概不夠直觀，我們嘗試列舉幾個典型的應用場景，來談談這種“系統”解決方案究竟是如何成為“系統”的。

我們認為，比較具有代表性，而且在結構上相對簡單的是英飛凌構建的“報警系統”（IAS）應用。這套解決方案主要解決的，是家庭、樓宇可能遭遇非法入侵的安保問題。早年國外針對玻璃破碎的報警系統，常見的解決方案是在窗戶玻璃上貼用于檢測震動的傳感器。傳統方案的問題在于，一方面影響美觀性，另一方面則在樓宇窗戶很多的時候，投入的成本會很高。

還有一些解決方案則采用麥克風來檢測特定玻璃破碎的聲音頻率，在檢測到匹配的相應頻率時就發出警報。這種方案的問題是，存在較高的誤報率，比如說家中玻璃杯被打碎，也可能被這種方案被認為是非法入侵;另外，麥克風的可靠性、信噪比、動態范圍等都是比較大的挑戰。

英飛凌在傳感器層面的解決方案是，將MEMS麥克風（IM69D130）和大氣壓力傳感器（DPS310）做結合。其中麥克風用于檢測玻璃碎裂的聲響，而大氣壓力傳感器能夠獲取物理沖擊信號：即在房間的窗戶/門被破壞時，捕捉壓力信號模式的變化。這兩者做融合，實現更為可靠、避免錯誤報警的問題。

從傳感器的角度來說，這是兩種傳感器的融合方案。如果從更高層級去看英飛凌針對這套系統提供的開發板，則能夠發現這套系統除了傳感器，還包含了MCU（英飛凌的XMC系列），其上當然還需要跑應用，包括將傳感器數據做融合與分析的算法方案——這就屬于軟件部分了。英飛凌相對高階的解決方案，也提供云端連接的應用。

從應用層面來看，這是個相對完整的“系統”，不僅有傳感器融合，而且包括了硬件、軟件的提供。

在其中的軟件部分，英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區射頻及傳感器部門總監麥正奇表示：“我們提供這種簡單的聯結方式，客戶自己也能開發自己客制化的應用。”英飛凌針對各種產品和解決方案，“提供基礎的算法，包括數據傳輸、協議等。我們提供的SDK會有一些基本的功能，提供第一層、第二層的算法，那么客戶就能基于我們的SDK去開發上百上千種的應用了。”

基礎的算法，以及軟件開發方面的更多支持，也是開發者快速開發產品的前提。

“其實我們的這個系統，在國內已經有幾個case在談，是供給一些大型企業的智慧型大樓。我們也想過在車載領域，這套系統是否也有可行性，很多的細節現在都在討論。不過總體上，通過我們的SDK，傳感+算法，客戶可以創造各種可能性。”麥正奇說。

構建系統和平臺

上面這個例子相對簡單地傳遞了，英飛凌如何做傳感器融合，加上結合自家MCU這樣的優勢資源，再搭配初步的算法構建起一個系統的例子。有關傳感器自身可實現的一些能力，我們將在后文詳述。針對構成一個完整解決方案的問題，我們認為在英飛凌的傳感生態內，更具代表性的是IoT XENSIV Lighting Platform照明平臺。

這也是一個通過傳感器融合，無線連接到云端的系統，而且是模塊化架構。它能夠實現的一些典型應用場景，比如說應用在辦公大樓，雷達檢測到會議室有人時自動調亮燈光、調整空調溫度;隧道/工廠用燈的節能;壓力傳感器檢測到電梯不動，可自動遠程報警給電梯管理相關機構;在一些共享空間，檢測人流場景、空間占用，以實現智能的資源利用和分配優化。

實際上，我們可以認為前面的警報系統也是基于這樣的平臺構建的。來看一看這個平臺的構成：它在大框架上，同樣分成了硬件和軟件兩部分。

這個平臺的硬件架構上，除了云服務涉及的部分，在設備端主體上包含了幾個部分。分別是中央處理單元（MCU）、雷達系統、Optiga數據安全芯片、XDPL LED驅動、壓力傳感器，以及無線連接相關的組成部分。

上面這張圖的中間部分是個中控板，圍繞在周圍的周邊器件是可以模塊化更換的。左邊的是XDPL LED驅動;右邊則是無線連接模塊（典型的是NBIoT/Sigfox支持）;下方則是不同傳感器的融合，比如ToF、MEMS麥克風、CO2傳感器、24GHz雷達等。

除了硬件層面的部分，還有軟件：上面這張圖就是IoT XENSIV Lighting Platform平臺的軟件架構。下方是設備終端，有各種硬件支持，除了傳感器還包括了無線連接。在靠上的應用層部分，就能看到比如雷達參數調試、LED控制、OTA軟件升級等。上方是服務器端軟件，與設備端對接。服務器端軟件，涉及到數據庫、賬戶管理、設備管理等等，而最上層也需要有燈光管理、人流管理、空間占用管理、電量計算等越來越多的功能實現。

這是一個相對完整的，英飛凌提供給開發者的系統或者平臺，其上的很多板塊是模塊化的。填充、替換這些模塊構成不一樣的應用方案，比如前面提到的報警系統。

這里再嘗試列舉一個，英飛凌的智能路燈方案，就能搞清楚這個系統究竟是如何構建的。英飛凌的智能路燈，在硬件基礎上包括了XDPL照明控制LED驅動芯片（提供數據參數讀寫及信息接口）、24GHz雷達芯片（實現車輛、行人監測）、Optiga數據安全芯片（連接安全認證）、CoolMOS（路燈作充電樁、電源管理），以及MCU——英飛凌的XMC系列（核心處理）。

雷達收集的實時數據可以報告停車場信息，協助交通優化、人群管理，優化城市規劃與管理。XDPL芯片則可調節路燈明暗，并讓終端掌握路燈狀態;另外還有充電支持、安全連接等額外特性。

很顯然在智能路燈這套方案中，英飛凌的能力包括了傳感器融合，另外還涉及到了英飛凌在電源、MCU等領域的更多能力。通過這種方式，能夠像英飛凌這樣做能力整合、構建平臺和系統的企業，在行業內是不多見的。這也是英飛凌搭建系統和平臺的基礎。有了系統和解決方案，面向市場的各類千百種應用才能更快地付諸實現，落地到實際場景中。

“我們除了主要產品線以外，還有個Sensor Solution Group，做傳感器的融合，面向不同的應用。不同的傳感器融合，再加上不同的MCU，甚至和partner配合，將我們的硬件和軟件能力都利用起來，為客戶提供解決方案，實現各種各樣的功能。”麥正奇表示。

那些模擬人類感官的傳感器

無論是傳感器融合，還是構建起完整的系統、平臺，更具體的還是前文提到的這些傳感器產品。這些是系統能夠獲得用戶青睞的基礎，比如前文提到的警報系統，其覆蓋范圍有多廣，以及麥克風信噪比表現如何，都是影響這套警報系統具體實現的基礎。這里我們選擇英飛凌一些比較有代表性的傳感器談一談。

1.MEMS麥克風

在更早期的市場上，英飛凌主要為Goertek、AAC Technologies這樣的企業提供MEMS麥克風裸die，不過如今英飛凌自己開始涉足完整的MEMS麥克風產品，以高信噪比密封雙薄膜MEMS麥克風（high SNR sealed dual-membrane MEMS microphone）的形態存在，這可能與這部分市場的高速增長有關。

從統計機構的數據來看，英飛凌MEMS麥克風die的市場份額變化情況如上圖所示，目前其整體市場份額在37%左右。其應用場景涵蓋了語音識別、音頻錄制、語音通訊、主動降噪等。以TWS耳機如今的火熱便不難想見，MEMS麥克風市場有多火。這類產品在手機、平板、筆記本、可穿戴設備、智能家居中的廣泛應用自不必多說。

我們在英飛凌的一則宣傳視頻中看到，其MEMS麥克風應用場景，除了正常音量向智能音箱發出“播放音樂”這樣的指令;當屋內有人在睡覺，那么以很輕的耳語發出指令“關燈”，一樣可以讓智能家居做出響應。英飛凌在描述中提到，在小聲說話場景下，其“命中率”高出至多40%;另外遠距離識別場景，命中率高出至多25%——比如從廚房向起居室中的智能音箱發出指令。

這一點在技術層面，除了多麥克風陣列以外，針對MEMS麥克風信噪比的提升應該是有很大關系的。在產品的技術演進中，從2010年較低成本但聲學性能較差的單backplate，發展到2014年顯著提升了聲學性能——信噪比提升至70dB但防塵性能較差的雙backplate，及今年最高75dB，而且還達到IP57防水防塵級別的密封雙薄膜（sealed dual membrane）設計。

“麥克風的工作模式可以簡單理解為一個帶電荷電容， 固定不動的導電層即為backplate。另外一層同樣為導電層的振膜，可以隨著外部進入聲壓的變化而發出不同幅度的震動。電容值的變化引起輸入電壓值的變化。從而實現了聲信號到電信號的轉變。”英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部市場經理鐘至仁向我們解釋說。

這種密封結構設計，一方面實現了防水防塵，另一方面則提升了信噪比，也就提升了聲音信號的獲取能力。而高信噪比不僅對于前述應用場景有幫助提升用戶體驗的作用，還在于對于反饋式主動降噪而言，高信噪比的麥克風也能令降噪效果表現更好。

因為麥克風可以捕捉到更低的聲壓級（SPL），抗噪音表現自然會更好。從65dB SNR提升到69dB，這種變化就已經相當顯著了。那么就應用層面來看，對于TWS主動降噪耳機而言，更多功能的實現也能做得更好，比如說語音助手、現實增強等。

前文中提到應用于報警系統的麥克風傳感器（IM69D130），信噪比就達到了69dB，另外有130dB的SPL——即最高可以聽到130dB的信號。如此一來，麥克風無論離玻璃爆破音源很近還是很遠，都能夠將玻璃碎裂的聲音記錄下來。

2.壓力傳感器

而英飛凌報警系統中所用的電容式大氣壓力傳感器，英飛凌的工程師介紹說，DPS310壓力傳感器能夠偵測到5cm的高度差（±0.004hPa），所以運動期間，如跑樓梯這樣的動作，傳感器也能判斷每一級樓梯的落差——這也是它能夠通過微小氣壓差別，去偵測玻璃爆破的原因。另外更多型號，如DPS368在參數上標的是可達到2cm高度差的偵測靈敏度。

其特性還包括了足夠小的尺寸，如DPS310這顆壓力傳感器的三圍2x2.5x1.0mm;低功耗，壓力測量時峰值電流345μA，待機電流0.5/1.0μA;外加防塵放水、溫度穩定性高等特點。

這種壓力傳感器的應用范圍也因此可以很廣，包括用于智能家居、氣象站、可穿戴設備的運動追蹤，甚至還有室內室外的導航、氣流測量（典型的比如用在掃地機器人/空調，作為傳感器可偵測濾網何時需要更換）。

英飛凌為其預設的應用場景還包括了預測性維護（Predictive Maintenance）——我們曾在先前智慧工廠生產相關文章中介紹過這種技術。它能夠提前預知生產設備、組件壽命，預防故障性停工。大氣壓力傳感器應該是作為其中的組成部分存在的。

3.CO2傳感器

這是一種典型應用于空氣質量監測的傳感器，這讓我們有機會窺見當代CO2傳感器內部究竟是什么樣。鐘至仁向我們解釋英飛凌CO2傳感器的原理：“英飛凌的CO2傳感器是基于光聲效應的光聲譜技術。紅外光經過特定光柵，輸出特定波長λ=4.2μm的光波，可被CO2氣體分子吸收。在密閉腔內光被吸收引起熱效應和壓力改變。”

“后端還有麥克風檢測壓力變化值，從而實現CO2濃度及濃度變化的檢測。”低濃度的信號弱，而高濃度的信號就會比較強。

上面這張圖是英飛凌XENSIV PAS CO2傳感器模塊，上方封裝起來的就是感應腔。里面主要包括兩部分，分別是發出紅外光的部分，包括了過濾4.2μm波長的光學filter——即鐘至仁所說的光柵，以及一個MEMS heater;探測器部分就是前文提到的MEMS麥克風。

除了感知腔體以外，整個模塊實則還包含了英飛凌的XMC MCU（跑補償固件，支持I2C/UART/SPI），以及驅動MEMS heater的MOSFET。從CO2傳感器模塊的這個整體，也能夠體現在“系統”構成層面，英飛凌覆蓋的能力是相對全面的。

4.ToF傳感器與雷達

ToF和雷達，是英飛凌“智能視覺”或者說“智能眼睛”的表達方式。相關光學測距3D ToF的部分，我們在5月份發布的《消費電子ToF技術與市場分析報告》中曾詳細介紹過技術原理，其中也提到了英飛凌選擇的技術方向、技術特點和應用領域。

英飛凌通過與pmd合作的方式，共同推出REAL3 ToF傳感器解決方案，用于相對近距離的場景3D感知、成像。英飛凌在3D ToF實現上，主要選擇的是連續波iToF方法。主要特點在于具備SBI背光抑制專利技術，以及和上述方案一樣，有完整的包含傳感器模塊、軟件驅動、3D深度算法在內的系統性解決方案。

這種技術在手機、掃地機器人、智能家居、智能安防、現實增強設備等領域都有應用。比如說應用到手機前置ToF攝像頭，構建人臉3D深度圖，則可用來做3D人臉識別，以及輔助拍照的效果加強;應用在電視之上，則可通過3D感知，來識別手勢操作、體感控制之類的信號，實現交互加強。

同樣是采用ToF技術（雖然并非光學測距），英飛凌的60GHz雷達實際上是比較值得一提的。這里的雷達，是英飛凌將車載領域相對成熟的硬件和方案，應用到消費類、工業類應用中的產品。其特色能力在于感應微動作（micro movement），比如室內有人時，這種60GHz雷達能夠感知呼吸、心跳這些亞毫米級別的動作。

智能家居中比較流行的PIR被動式紅外傳感器，作為存在檢測較大的一個問題就是，它無法偵測微小動作，比如在房間里辦公，僅敲擊鍵盤這樣的微動作時，這種紅外傳感器就無法感知到。60GHz的雷達波長為5mm，皮膚0.5mm的微動，對雷達而言就是較大的移動距離了。作為寫字樓智慧樓宇的存在檢測，這種方案還是相對可靠的。

“雷達除了存在檢測，也可以應用人數統計及追蹤，甚至加上高階演算法開發，就可實現非接觸式心率監測、懸浮手勢控制等應用。其中心率監測，就是利用雷達偵測胸腔呼吸振幅加上皮膚或者心率微動完成。”英飛凌科技大中華區電源與傳感系統事業部市場經理吳柏毅表示。

英飛凌提供的SDK也包含了算法庫，典型的比如開發者可設定雷達僅檢測1米范圍內的活體，1米以外的活動可忽略。這還是體現了除硬件之外，英飛凌在軟件方面為開發者提供的儲備和方案。前面提到的智能路燈，和更多IoT XENSIV Lighting Platform平臺應用，都有雷達的參與。

谷歌Pixel 4手機距離檢測所用的“Soli”技術，所用的就是英飛凌60GHz雷達芯片。也算是對這項技術在尺寸和功耗方面的背書。

這些傳感器產品，去年收歸在英飛凌的“Power Management & Multimarket”業務中，這項業務原本包含針對能量管理的功率半導體、針對通訊基礎設施和移動設備的產品（包括射頻與電源器件），以及面向嚴苛環境的高可靠產品。

“未來我們要聚焦的，包括了各種智能應用場景，包括智能家居、智能照明、智能樓宇等等。5G時代的到來，IoT萬物互聯，對于整個行業都是相當大的機會，同時也是挑戰。這兩者不僅對于我們的硬件產品，也對算法提出了更高的要求。所以我們也給客戶準備了更多基礎演算法。為了滿足客制化需求，我們也會和合作伙伴共同開拓這片市場。”智能生活范圍的擴展還在持續。

編輯：jq