本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域,具體地,涉及一種系統(tǒng)級封裝芯片及包含該系統(tǒng)級封裝芯片的智慧家居物聯(lián)網(wǎng)裝置。
背景技術(shù):
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分,物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。它利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起,形成人與物、物與物相聯(lián),實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng),通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合,將物體的信息實(shí)時準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時采集的信息需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,由于其數(shù)量極其龐大,形成了海量信息,在傳輸過程中,為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性,必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。
隨著物聯(lián)網(wǎng)對高集成度、超小尺寸以及超低功耗等芯片的不斷需求,以及芯片及通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步,聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要將更多的功能芯片封裝在一個系統(tǒng)級封裝(SiP)里面,預(yù)計(jì)在未來5到10年的時間里,80%的物聯(lián)網(wǎng)智慧家居和可穿戴設(shè)備將會采用SiP模組,因?yàn)镾iP尺寸更小,具有更好的抗機(jī)械和化學(xué)腐蝕能力,能夠顯著縮短產(chǎn)品研制和投放市場的周期,無線射頻性能更穩(wěn)定,可靠性更高等諸多優(yōu)點(diǎn)。
圖1為現(xiàn)有的一種可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的SiP模塊的方塊圖。該SiP模塊包含BB/MAC/PHY處理單元100、射頻前端模塊102、濾波器110、濾波器112、振蕩器106、振蕩器108、以及存貯器104。BB/MAC/PHY處理單元100用于傳送或接收并處理信號。射頻模塊102連接于BB/MAC/PHY處理單元100,用于處理射頻信號和射頻傳輸?shù)膮f(xié)定。BB/MAC/PHY處理單元100包含連接于射頻前端模塊102的傳送/接收方式選擇端口,使BB/MAC/PHY處理單元100能決定一處理方式。存貯器連104接于BB/MAC/PHY處理單元100,其中該存貯器可以是非易失性(non-volatile)存貯器。射頻前端模塊102包含第一天線端口和第二天線端口,以連接至第一天線和第二天線。因此,BB/MAC/PHY處理單元100包含連接至射頻前端102的天線分集選擇端口,使BB/MAC/PHY處理單元100可以選擇一天線分集方式。BB/MAC/PHY處理單元100還包含藍(lán)牙端口,以連接至藍(lán)牙模塊。BB/MAC/PHY處理單元100包含區(qū)域總線端口以連接至一區(qū)域總線。在現(xiàn)有技術(shù)中,通用輸入/輸出裝置(GPIO)、聯(lián)合測試行動小組連接器(JTAG connector)、初值化組態(tài)、區(qū)域總線、壓縮閃存存貯器、和保密數(shù)字輸入輸出/通用串列周邊接口(SDIO/GSPI)分別連接至BB/MAC/PHY處理單元100的對應(yīng)的連接端口,以執(zhí)行其預(yù)先設(shè)定的功能。
然而,隨著物聯(lián)網(wǎng)對芯片在其各方面性能上的不斷需求,圖1所示的SiP模塊以越來越難以滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求。本領(lǐng)域亟須一種可在性能方面超過圖1所示的SiP模塊。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)級封裝芯片及包含該系統(tǒng)級封裝芯片的智慧家居物聯(lián)網(wǎng)裝置,其可展現(xiàn)出與現(xiàn)有的SiP模塊更好的性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種用于家用電器的系統(tǒng)級封裝芯片,該系統(tǒng)級封裝芯片包含:微控制器處理單元;NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元,與所述微控制器處理單元單元相連,用于實(shí)現(xiàn)所述微控制器處理單元與外界的近場通信;以及紅外線傳感器,用于產(chǎn)生反應(yīng)是否存在人體或動物活動的電信號,并發(fā)送至被所述微控制器處理單元。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含系統(tǒng)總線單元,所述微控制器處理單元與所述NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元經(jīng)由該系統(tǒng)總線單元相連。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含外圍接口,連接至所述系統(tǒng)總線單元。
其中,所述外圍接口包含以下一者或多者:脈寬調(diào)制PWM接口;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC接口;通用異步收發(fā)傳輸器UART接口;串行外設(shè)接口SPI;通用輸入/輸出GPIO接口;以及兩線式串行總線I2C接口。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含:射頻前端模塊;模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器;以及BT BB/MAC/PHY處理單元,用于將來自所述微控制器處理單元的信號經(jīng)由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后,通過所述射頻前端模塊發(fā)送出去;和/或接收由射頻前端模塊接收、并由所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的信號,并將該信號發(fā)送至所述微控制器處理單元。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含:安全芯片單元,用于對所述微控制器處理單元所輸出的信號進(jìn)行加密。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含以下一者或多者:溫度傳感器,用于將溫度量轉(zhuǎn)換為電信號,并經(jīng)由所述系統(tǒng)總線單元發(fā)送至被所述微控制器處理單元;以及濕度傳感器,用于將濕度量轉(zhuǎn)換為電信號,并經(jīng)由所述系統(tǒng)總線單元發(fā)送至被所述微控制器處理單元。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含:第一振蕩器,用于產(chǎn)生第一振蕩頻率,以供所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的其他模塊在正常操作模式使用;以及第二振蕩器,用于產(chǎn)生第二振蕩頻率,以供所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的其他模塊在省電操作模式使用。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含以下一者或多者:閃存存取存儲器,與所述微控制器處理單元及所述系統(tǒng)總線單元相連;以及隨機(jī)存取存儲器,與所述微控制器處理單元及所述系統(tǒng)總線單元相連。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含電源管理單元,用于給所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的用電模塊供電。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含:射頻前端模塊;模數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)模轉(zhuǎn)換器;以及Wifi BB/MAC/PHY單元,與所述微控制器處理單元相連,用于執(zhí)行以下操作中的一者或多者:將來自所述微控制器處理單元的信號經(jīng)由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后,通過所述射頻前端模塊發(fā)送出去;以及接收由所述射頻前端模塊接收、并由所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的信號,并將該信號發(fā)送至所述微控制器處理單元。
其中,該系統(tǒng)級封裝芯片還包含:匹配及濾波器,連接在所述射頻前端模塊與所述系統(tǒng)級封裝芯片外部的天線之間。
相應(yīng)地,本發(fā)明還提供一種智慧家居物聯(lián)網(wǎng)裝置,該裝置包含上述系統(tǒng)級封裝芯片。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。
附圖說明
附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解,并且構(gòu)成說明書的一部分,與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明,但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為現(xiàn)有的一種可應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的SiP模塊的方塊圖;
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的SiP模塊的方塊圖;
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的SiP模塊的方塊圖;以及
圖4為本發(fā)明的SiP模塊的制作工藝流程圖。
附圖標(biāo)記說明
100 BB/MAC/RF處理單元 102 射頻前端
104 存貯器 106 第一振蕩器
108 第二振蕩器 110 濾波器
112 濾波器 200 MCU
201 系統(tǒng)總線單元 202 FLASH
203 RAM 204 WiFi BB/MAC/PHY單元
205 BT BB/MAC/PHY單元 206 模數(shù)轉(zhuǎn)換器
207 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 208 射頻前端模塊
209 匹配及濾波器 210 外圍接口
211 溫濕度傳感器 212 電源管理單元PMU
213 第一振蕩器 214 第二振蕩器
215 紅外傳感器 216 NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元
217 安全芯片單元
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是,此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限制本發(fā)明。
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的SiP模塊的方塊圖。如圖2所示,本發(fā)明一實(shí)施例提供的SiP模塊包含:微控制器處理單元(Mirco Controller Unit;MCU)200;NFC標(biāo)簽/Modem(調(diào)制解調(diào)器)/MCU單元216,與微控制器處理單元200經(jīng)由系統(tǒng)總線單元201相連,用于實(shí)現(xiàn)微控制器處理單元200與外界的近場通信;以及紅外線傳感器215,用于產(chǎn)生反應(yīng)是否存在人體或動物活動的電信號,并發(fā)送至被所述微控制器處理單元。
該紅外線傳感器215可為熱釋電紅外線傳感器,該熱釋電紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。熱釋電紅外傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成,在元件兩個表面做成電極,在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時,熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高,在傳感器中有一個場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會被空氣中的離子所結(jié)合而消失,即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時,ΔT=0,則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū),因人體溫度與環(huán)境溫度有差別,產(chǎn)生ΔT,則有ΔT輸出;若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動,則溫度沒有變化,傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感。
熱釋電紅外傳感器靈敏度高達(dá)3.6mVpp且具有極佳的信噪比;溫度變化時的高穩(wěn)定性;適合于240℃峰值的回流焊接;視域達(dá)到±50°;寬的電源電壓范圍達(dá)2到15V;對外部噪聲(振動、RFI等)的高抗擾度。
在本實(shí)施例中,MAC 200可采用ARMCortex-M4處理器,該處理器內(nèi)核是在Cortex-M3內(nèi)核基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,其性能比Cortex-M3提高了20%。新增加了浮點(diǎn)、DSP、并行計(jì)算等。用以滿足需要有效且易于使用的控制和信號處理功能混合的數(shù)字信號控制市場。其高效的信號處理功能與Cortex-M處理器系列的低功耗、低成本和易于使用的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。Cortex-M4提供了無可比擬的功能,將32位控制與領(lǐng)先的數(shù)字信號處理技術(shù)集成來滿足需要很高能效級別的市場。Cortex-M4處理器采用一個擴(kuò)展的單時鐘周期乘法累加(MAC)單元、優(yōu)化的單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)指令、飽和運(yùn)算指令和一個可選的單精度浮點(diǎn)單元(FPU)。這些功能以表現(xiàn)ARMCortex-M系列處理器特征的創(chuàng)新技術(shù)為基礎(chǔ),包括RISC處理器內(nèi)核,高性能32位CPU、具有確定性的運(yùn)算、低延遲3階段管道,可達(dá)1.25DMIPS/MHz;Thumb-2指令集,16/32位指令的最佳混合、小于8位設(shè)備3倍的代碼大小、對性能沒有負(fù)面影響,提供最佳的代碼密度;低功耗模式,集成的睡眠狀態(tài)支持、多電源域、基于架構(gòu)的軟件控制;嵌套矢量中斷控制器(NVIC),低延遲、低抖動中斷響應(yīng)、不需要匯編編程、以純C語言編寫的中斷服務(wù)例程,能完成出色的中斷處理;工具和RTOS支持,廣泛的第三方工具支持、Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)(CMSIS)、最大限度地增加軟件成果重用;CoreSight調(diào)試和跟蹤,JTAG或2針串行線調(diào)試(SWD)連接、支持多處理器、支持實(shí)時跟蹤。此外,該處理器還提供了一個可選的內(nèi)存保護(hù)單元(MPU),提供低成本的調(diào)試/追蹤功能和集成的休眠狀態(tài),以增加靈活性。嵌入式開發(fā)者將得以快速設(shè)計(jì)并推出令人矚目的終端產(chǎn)品,具備最多的功能以及最低的功耗和尺寸。
在本實(shí)施例中,所述NFC標(biāo)簽/Modem/MCU處理單元205可以是一種短距高頻的無線電技術(shù),在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi),可透過與其相連的天線2發(fā)送及接收信號,其內(nèi)含有NFC標(biāo)簽、NFC調(diào)制解調(diào)器及NFC MCU。其傳輸速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三種,未來可提高到848kbit/s以上。NFC天線工作頻率是13.56MHz,采用電感耦合方式傳遞射頻信號。
NFC系統(tǒng)的工作原理如下:首先,讀寫器將要發(fā)送的信息,經(jīng)編碼并加載到高頻載波信號上再經(jīng)天線向外發(fā)送。當(dāng)進(jìn)入讀寫器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收到此信號,其卡內(nèi)芯片的有關(guān)電路對此信號進(jìn)行倍壓整流、調(diào)制、解碼、解密,然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷。NFC最主要的特點(diǎn)是安全性高,連接速度快,成本低廉,但其作用距離比較近。相對于藍(lán)牙,NFC兼容于現(xiàn)有的被動RFID(13.56MHz ISO/IEC 18000-3)設(shè)施。NFC的能量需求更低,與藍(lán)牙V4.0低能協(xié)議類似。當(dāng)NFC在一臺無動力的設(shè)備(比如、一臺關(guān)機(jī)的手機(jī)、非接觸式智能信用卡、或是智能海報)上工作時,NFC的能量消耗會要大于低功率藍(lán)牙V4.0。對于移動電話或是行動消費(fèi)性電子產(chǎn)品來說,NFC的使用比較方便。NFC的短距離通信特性正是其優(yōu)點(diǎn),由于耗電量低、一次只和一臺機(jī)器鏈接,擁有較高的保密性與安全性,NFC有利于信用卡交易時避免被盜用。NFC的目標(biāo)并非是替換藍(lán)牙等其他無線技術(shù),而是在不同的場合、不同的領(lǐng)域起到相互補(bǔ)充的作用。
該近場通訊(NFC)標(biāo)簽Modem/MCU處理單元205具有低功耗、低成本、高效益,以及可以替代現(xiàn)在大量的IC卡(包括信用卡)場合商場刷卡、公交卡、門禁管制、車票、門票等等。此種方式下,有一個極大的優(yōu)點(diǎn),那就是卡片通過非接觸讀卡器的RF域來供電,即便是寄主設(shè)備(如手機(jī))沒電也可以工作。近場通訊(NFC)標(biāo)簽Modem/MCU處理單元205兼容并完全支持ISO/IEC IS 18092國際標(biāo)準(zhǔn)、EMCA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)。該NFC采用的模式兼容NFC Type2,具有讀寫能力。NFC的內(nèi)存為1KB內(nèi)存(僅NFC),與Cortex-M3共享系統(tǒng)內(nèi)存(512KB SRAM和2MB閃存)。NFC支持電源模式包括帶60ms恢復(fù)時間的掉電模式和帶30us恢復(fù)時間睡眠模式(150uA)。NFC的作用距離為6cm(HDK天線),采用3.3V工作電壓。
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的SiP模塊的方塊圖。以下結(jié)合圖3對該另一實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步描述。需要說明的是,該圖3所示實(shí)施例包含許多模塊或單元,這些模塊或單元可單獨(dú)或以任意組合的形式被包含在SiP模塊中。對于上述圖2所示實(shí)施例內(nèi)詳細(xì)介紹的模塊或單元,于此不再贅述。
在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含:藍(lán)牙(BT)BB/MAC/PHY處理單元205,用于將來自所述MCU 200的信號經(jīng)由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器207進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后,通過所述射頻前端模塊208發(fā)送出去;和/或接收由射頻前端模塊208接收、并由所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器206進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的信號,并將該信號發(fā)送至所述MCU 200。
在本實(shí)施例中,該BTBB/MAC/PHY處理單元205可以是2.4/5GHz調(diào)頻、基頻處理器(baseband processor)、多媒體協(xié)定媒體存取控制(multi-media protocol media access control)、或中央處理(central processing)單元。該BTBB/MAC/PHY處理單元205具有低功耗、低成本、高效益、以及適用于鼠標(biāo)、耳機(jī)、打印機(jī)、無線麥克風(fēng)、鍵盤、個人數(shù)碼助理(PDA)、智能手機(jī)、移動電話、平板電腦和多媒體播放器。BTBB/MAC/PHY處理單元205兼容并完全支持藍(lán)牙4.0+BLE協(xié)議、藍(lán)牙4.1協(xié)議、藍(lán)牙4.2協(xié)議。
射頻前端模塊208通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器206連接至BT BB/MAC/PHY處理單元205,以接收信號。BT BB/MAC/PHY處理單元205通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器207連接至射頻前端模塊208,以發(fā)送信號。BT BB/MAC/PHY處理單元205包含傳送/接收方式選擇端口、傳送端口、接收端口、以及電源控制端口。該傳送/接收方式選擇端口分別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器207/模數(shù)轉(zhuǎn)換器206連接至射頻前端模塊208的傳送/接收端口,使BT BB/MAC/PHY處理單元205能夠控制射頻前端模塊208,以處理傳送中或接收中的信號。
在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含:射頻前端模塊208;模數(shù)轉(zhuǎn)換器206及數(shù)模轉(zhuǎn)換器207;以及無線保真(WiFi)基帶/媒體存取控制/射頻(Base Band/Media Access Control/Radio Frequency;BB/MAC/PHY)單元204,與所述微控制器處理單元(Mirco Controller Unit;MCU)200經(jīng)由所述系統(tǒng)總線單元201相連,用于執(zhí)行以下操作中的一者或多者:將來自所述微控制器處理單元200的信號經(jīng)由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器207進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之后,通過所述射頻前端模塊208發(fā)送出去;以及接收由所述射頻前端模塊208接收、并由所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器206進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的信號,并將該信號發(fā)送至所述微控制器處理單元200。
在本實(shí)施例中,WiFi BB/MAC/PHY處理單元204可以是2.4/5GHz調(diào)頻、基頻處理器(baseband processor)、多媒體協(xié)定媒體存取控制(multi-media protocol media access control)、或中央處理(central processing)單元。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204具有高效能、省電、以及適用于智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域裝置等特性,而其中該智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域裝置可以是除濕機(jī)、空調(diào)、凈化器、空調(diào)扇、風(fēng)扇、取暖器、冰箱、波輪洗衣機(jī)、滾筒洗衣機(jī)、電熱水器、電燉鍋、電飯煲、手機(jī)、移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、網(wǎng)絡(luò)語音傳送(VoIP)、MP3/MP4播放器。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204的發(fā)送器結(jié)合了同相和正交基頻信號,并將信號轉(zhuǎn)換成欲發(fā)送的頻率。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204的接收器采用雙換頻結(jié)構(gòu)且不需芯片外掛中頻濾波器。頻率合成器支持由802.11規(guī)格所定義的頻率。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204還要支持正交頻域多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing;OFDM),而媒體存取控制也支持IEEE 802.11無線媒體存取控制協(xié)定和802.11i保密性(security)。
射頻前端模塊208通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器206連接至WiFi BB/MAC/PHY處理單元204,以接收信號。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器207連接至射頻前端模塊208,以發(fā)送信號。WiFi BB/MAC/PHY處理單元204包含傳送/接收方式選擇端口、傳送端口、接收端口、以及電源控制端口。該傳送/接收方式選擇端口分別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器207/模數(shù)轉(zhuǎn)換器206連接至射頻前端208的傳送/接收端口,使WiFi BB/MAC/PHY處理單元204能夠控制射頻前端模塊208,以處理傳送中或接收中的信號。
匹配及濾波器209可單獨(dú)存在于該實(shí)施例的SiP模塊內(nèi),亦可包含在射頻前端模塊208內(nèi)。天線通過匹配及濾波器209,連接于射頻前端模塊208的連接端口,其提供了一個路徑,以傳送/接收信號至天線。因此,WiFi BB/MAC/PHY處理單元204的信號經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器207、射頻前端模塊208、匹配及濾波器209和天線發(fā)射出去。同樣,WiFi BB/MAC/PHY處理單元204也可經(jīng)由天線、匹配及濾波器209、射頻前端模塊208以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器206接收信號。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含系統(tǒng)總線單元201,系統(tǒng)總線單元201僅靠存儲緩沖器的協(xié)助,而不靠任何橋接器(bridge)和/或IO接口的協(xié)助,數(shù)據(jù)、地址和控制信號沿著先進(jìn)高性能系統(tǒng)總線(Advanced High Speed Buses;AHB)線連接至微控制器處理單元。與系統(tǒng)總線的處理速度相比,橋接器和/或IO接口的處理速度通常較低。系統(tǒng)總線的一優(yōu)點(diǎn)為高數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput),單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)處理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SDIO/SPI的數(shù)據(jù)處理量。系統(tǒng)總線簡化了硬件的設(shè)計(jì)。便于采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,面向總線的芯片設(shè)計(jì)只要按照規(guī)定制作MCU插件、存儲器插件以及I/O插件等,將它們連入總線就可工作,而不必考慮總線的詳細(xì)操作。系統(tǒng)總線同時簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰。連線少,底板連線可以印制化。系統(tǒng)總線使得系統(tǒng)擴(kuò)充性好。一是規(guī)模擴(kuò)充,規(guī)模擴(kuò)充僅僅需要多插一些同類型的插件。二是功能擴(kuò)充,功能擴(kuò)充僅僅需要按照總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新插件,插件插入機(jī)器的位置往往沒有嚴(yán)格的限制。系統(tǒng)總線可連接至微控制器存貯總線,或直接連接到微控制器處理單元。系統(tǒng)總線使得系統(tǒng)更新性能好。因?yàn)镸CU、存儲器、I/O接口等都是按總線規(guī)定掛到總線上的,因而只要總線設(shè)計(jì)恰當(dāng),可以隨時隨著處理器的芯片以及其他有關(guān)芯片的進(jìn)展設(shè)計(jì)新的插件,新的插件插到底板上對系統(tǒng)進(jìn)行更新,其他插件和底板連線一般不需要改。
需要說明的是,上述系統(tǒng)總線單元201可作為MCU 200與SiP模塊內(nèi)的其他部件之間相連接的一橋梁,在不存在該系統(tǒng)總線單元201的情況下,所述MCU200亦可直接與SiP模塊內(nèi)的其他部件相連。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含外圍接口,連接至所述系統(tǒng)總線單元。該外圍接口包含以下一者或多者:脈寬調(diào)制PWM接口;模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC接口;通用異步收發(fā)傳輸器UART接口;串行外設(shè)接口SPI;通用輸入/輸出GPIO接口;以及兩線式串行總線I2C接口。當(dāng)然,本發(fā)明并不限于此,亦可根據(jù)需要設(shè)置其他接口。藉此,可方便各類外設(shè)接入SiP模塊。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含安全芯片單元217,用于對所述MCU 200所輸出的信號進(jìn)行加密。
該安全芯片單元217是一款應(yīng)用于USBKEY的低功耗、低成本、高安全性、多功能的密碼芯片。該芯片具有片上密鑰管理(包括密碼生成、存儲、更新等),片內(nèi)RSA、ECC(SM2)協(xié)處理器,實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名和身份認(rèn)證,片內(nèi)SM1、SM4、DES(TDES)硬件算法核,片內(nèi)SM3、SHA硬件算法核,支持USB、SPI、UART等多種通訊接口。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含以下一者或多者:溫度傳感器,用于將溫度量轉(zhuǎn)換為電信號,并發(fā)送至被所述微控制器處理單元;以及濕度傳感器,用于將濕度量轉(zhuǎn)換為電信號,并發(fā)送至被所述微控制器處理單元。該溫度傳感器及濕度傳感器在圖3中統(tǒng)一顯示為溫濕度傳感器211。
具體而言,溫濕度傳感器211是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置,溫濕度傳感器一般是測量溫度量和相對濕度量。相對濕度即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸汽壓)的百分比。
濕度傳感器可為電容式濕度傳感器,該電容式濕度傳感器由聚合物、指形電極和硅襯底構(gòu)成,采用了獨(dú)特的電極分布和鍍膜技術(shù),使得感應(yīng)器不僅不會氧化,還能很快收水分子。溫度傳感器可由處于二極管模式的PNP晶體管構(gòu)成,溫度變化時輸出電壓將發(fā)生變化。
整體而言,溫濕度傳感器的能耗為80μW(在12位,3V,1次測量/秒條件下);RH工作范圍為0-100%RH;完全校準(zhǔn),線性化,和溫度補(bǔ)償?shù)臄?shù)字輸出;寬電源電壓范圍,從2.4到5.5V;I2C接口通訊速度高達(dá)1MHz并且?guī)?個用戶可選地址;典型精度達(dá)2%RH和0.3℃;啟動速度快和測量時間短;長期工作穩(wěn)定可靠,溫度年漂移量<0.03度/year;濕度年漂移量<0.25%RH/year長效性和一致性好;溫度和濕度傳感器一體化,便于生產(chǎn),節(jié)約PCB面積和產(chǎn)品小型化。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含以下一者或多者:閃存存取存儲器(flash)202,與所述MCU 200及所述系統(tǒng)總線單元201相連;以及隨機(jī)存取存儲器(RAM)203,與所述MCU 200及所述系統(tǒng)總線單元201。所述MCU 200可對該閃存存取存儲器202和/或隨機(jī)存取存儲器203進(jìn)行讀寫操作。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含:第一振蕩器213,用于產(chǎn)生第一振蕩頻率,以供所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的其他模塊在正常操作模式使用;以及第二振蕩器214,用于產(chǎn)生第二振蕩頻率,以供所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的其他模塊在省電操作模式使用。
例如,第一振蕩器213可產(chǎn)生第一振蕩頻率,并將該第一振蕩頻率傳送至NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216、WiFi BB/MAC/PHY單元204、BT BB/MAC/PHY單元205、紅外傳感器215、溫濕度傳感器211等以供其使用。在本實(shí)施例中,第一振蕩頻率約為40MHz。第二振蕩器214可產(chǎn)生第二振蕩頻率,約為32KHz,該第二振蕩頻率也可被傳送至NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216、WiFi BB/MAC/PHY單元204、BT BB/MAC/PHY單元205、紅外傳感器215、溫濕度傳感器211等以供其使用。WiFi BB/MAC/PHY單元204、BT BB/MAC/PHY單元205、紅外傳感器215、溫濕度傳感器211等在一般操作方式時于40MHz工作,在省電方式時則于32kHz工作。
如圖3所示,在該實(shí)施例中,SiP模塊還可包含:電源管理單元212,用于給所述系統(tǒng)級封裝芯片內(nèi)的用電模塊供電,例如NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216、WiFi BB/MAC/PHY單元204、BT BB/MAC/PHY單元205、紅外傳感器215、溫濕度傳感器211、第一振蕩器213及第二振蕩器214等。
在圖3所示實(shí)施例中,所述MCU 200、FLASH 202、RAM 203、NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216、WiFi BB/MAC/PHY單元204、BT BB/MAC/PHY單元205、外圍接口210、紅外傳感器215、溫濕度傳感器211、安全芯片單元217等均與所述系統(tǒng)總線單元201相連,從而實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。安全芯片單元217通過系統(tǒng)總線單元201與MCU 200、WiFi BT BB/MAC/PHY處理單元204BT BB/MAC/PHY處理單元205、和NFC標(biāo)簽/Modem(調(diào)制解調(diào)器)/MCU單元216連接在一起。數(shù)據(jù)通過安全芯片單元217進(jìn)行安全加密后再發(fā)送出去。接收端也有相應(yīng)的解密方法解密,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>
在本實(shí)施例中,NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,WiFi BB/MAC/PHY處理單元204可以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,BT BB/MAC/PHY單元205可以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,MCU 200可以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,溫濕度傳感器211可以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,紅外傳感器單元215可以是智慧家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單一芯片,例如互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor;CMOS)芯片。
圖4為本發(fā)明的SiP模塊的制作工藝流程圖。以下結(jié)合圖4描述本發(fā)明的SiP模塊的制作工藝流程。首先,對PCB基板進(jìn)行預(yù)熱;然后,對PCB基板進(jìn)行錫膏印刷,將錫膏印置于PCB板的焊盤上;之后,對印置有錫膏的PCB板進(jìn)行芯片貼裝,使得芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到PCB板的引腳上,這些引腳又通過PCB板上的導(dǎo)線與其他器件建立連接,該芯片貼裝操作可采用Fuji貼片機(jī)完成;之后,貼裝有芯片的PCB板進(jìn)行回流焊,以便芯片能夠被焊接到PCB基板上;之后,清除回流焊時殘留的助焊劑;之后,再次進(jìn)行PCB基板烘干;之后,進(jìn)行芯片焊接和環(huán)氧樹脂硬化;之后,通過等離子清洗去除殘留的環(huán)氧樹脂;之后,進(jìn)行引線焊接,該引線焊接操作可使用K&S打線機(jī)進(jìn)行;之后,進(jìn)行天線處理及天線焊接,該天線為與NFC標(biāo)簽/Modem/MCU單元216相連的天線2,具體處理及焊接可包含采用回流焊進(jìn)行焊接,設(shè)計(jì)印刷工裝以及印刷用網(wǎng)板進(jìn)行涂抹焊膏,設(shè)計(jì)回流溫度曲線及鏈速,同時焊接時需要制作焊接工裝來固定焊接件;之后,進(jìn)行等離子清洗;之后,進(jìn)行注塑成型,該注塑成型操作可使用到TOWA等成型機(jī);在注塑成型后,進(jìn)行注塑硬化;之后,對芯片進(jìn)行激光打標(biāo),打標(biāo)完成后進(jìn)行芯片切割、烘干、電磁屏蔽涂層,該芯片切割可使用DFD等切割機(jī),該電磁屏蔽涂層可使用LINCOTEC等涂漆機(jī)進(jìn)行;之后,進(jìn)行系統(tǒng)級測試和缺陷掃描以確認(rèn)是否有芯片損壞,最后編帶包裝。之后,成品出貨檢驗(yàn)OQC,并在成品出貨檢驗(yàn)合格之后運(yùn)輸出去。
上述部分步驟之后,需要進(jìn)行目檢(FVI)或自動光學(xué)檢驗(yàn)(AOI),并在檢驗(yàn)合格之后方才進(jìn)行至下一步驟。本發(fā)明的以上步驟流程是創(chuàng)新的工藝流程,對保證無線保真系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品的性能具有重要的作用。使得產(chǎn)品具有輕薄短小、多功能、低功耗的特性。
本發(fā)明的尺寸外型,其面積小于或遠(yuǎn)小于150平方毫米,高度小于或遠(yuǎn)小于2.0毫米,此高度包含焊墊或焊球(soldering pads or balls)和隔離罩結(jié)構(gòu)或成形材質(zhì)(shield structure or molding material)的厚度。本發(fā)明也使用通常具有六或四層(layer)疊層構(gòu)造(stack-up structure),或甚至更多層疊層構(gòu)造的薄印刷電路板作為基板(substrate),例如當(dāng)使用低溫共燒結(jié)陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramic;LTCC)作為基板時,使用十二或十層疊層構(gòu)造的印刷電路板。表面接著零件(Surface Mount Devices;SMDs)、覆晶封包零件(Flip Chip Packaged Device)、或其他具有芯片級封裝(Chip Scaled Package)的零件以往被鑲嵌于基板的上層銅膜(top-side copper),而這些零件也可依設(shè)計(jì)鑲嵌于下層銅膜(bottom-side copper)或內(nèi)層銅膜(inner-side copper)。
以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,但是,本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié),在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi),可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型,這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
另外需要說明的是,在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征,在不矛盾的情況下,可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù),本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外,本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合,只要其不違背本發(fā)明的思想,其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。