CN104124989A - 一种芯片内建天线匹配电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芯片内建天线匹配电路装置，其应用于在无线通讯领域中，其中将调整天线的阻抗匹配电路放在系统芯片中，由外部线圈式近场耦合型的天线将信号传输至接收芯片端，将固定的天线匹配电路系统放置于芯片中，本发明可通过包括所有可放置天线匹配电路于任何积体电路芯片中的所有制作方法来实施，本发明可减少印刷电路板上的布局空间亦可以设计出通用型的天线系统于各式行动手持式设备上，以产生拥有高度一致性与稳定性的新型天线设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片内建天线匹配电路装置，属于无线通讯领域。
背景技术
一般的手持式设备天线属于辐射型天线，传统方式都是在芯片外部的印刷电路板上或是天线的本体以及支架上做天线匹配电路，由于所有的手持式设备的外观结构材料部份都不会是一致性的材料，有铝镁合金、聚碳酸酯PC、树脂ABS、或用PC加ABS等等，各种互不统一的材料特性，当放在天线的四周会因为改变四周的环境情形而产生辐射特性的改变，最终发生改变天线的辐射特性与本体对芯片间的阻抗匹配失衡，不仅仅产生频率偏移、特性变差的影响也容易在生产组装上产生一致性与稳定性的不同因而造成天线设计上的失败。
现在，集成电路技术的进步以及其它元件的微小型化的发展，为电子产品性能的提高，功能的丰富与完善，成本的降低创造了条件。不仅仅军用产品，航天器材需要小型化，工业产品，甚至消费类产品，尤其是便携式更是微小型化。这一趋势反过来又进一步促进微电子技术的微小型化。在以便携的方式使用时，虽然没有大的无线电信号接收性能方面的问题。但由于便携设备在长期的使用中，经常能接触到汗水和类似物，存在汗水、水份、尘土等可能侵入设备内，会影响到内置天线，主要是匹配电路的性能，使内置天线的信号接收功能明显降低。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种芯片内建天线匹配电路装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：一种芯片内建天线匹配电路装置，包括：线圈天线，是具有多匝绕线的线圈；芯片，其内部放置有匹配电路，并连接至所述线圈天线。
优选地，所述的匹配电路置入芯片中的方式是SIP系统级封装，或是SOC系统级芯片。
优选地，所述的匹配电路用于调节所述线圈天线的谐振频率和匹配阻抗。
优选地，所述的多匝绕线是沿中心轴线循环布置。
优选地，所述的芯片通过芯片接脚连接至所述线圈天线。
优选地，所述的线圈天线是接至软性印刷电路板上。
优选地，所述的线圈天线是接至所述的软性印刷电路板上的天线馈点。
优选地，所述的线圈天线在所述的软性印刷电路板的背面是铁氧体材料。
具体地，所述的芯片接脚通过同轴电缆线，或金属五金弹片，或弹簧顶针接脚的方式，连接至所述线圈天线。
具体地，所述的铁氧体材料或是用于手持式设备的软磁片，或是吸波材质。
具体地，所述的软性印刷电路板上的天线馈点通过同轴电缆线，或金属五金弹片，或弹簧顶针接脚的方式，连接至所述芯片接脚。
封装技术发展的主要动力，是对于电子产品小型化的强烈需求，希望产品体积更紧凑，集成度更高。采用能够集成整个系统的硅单片SOC的解决方案，应用CMOS工艺技术实现的SOC，仍然是成本最低，集成度最高的首选。许多系统往往需要具有混合信号功能和模拟的功能，并且在电子产品中还需要应用许多特殊的器件，这些特殊器件往往是不能应用以CMOS工艺技术为基础的制造方法实现的。
本发明将天线匹配电路直接封装进近场通讯模块即NFC系统芯片中，改进天线需要额外加上的匹配电路的设计，这样节省了天线区块的板端布局空间，改善了容易产生组装上天线产品不匹配的人员误差因素，更进一步提升了天线与芯片间信号传输的一致性，并改善传统的天线设计效能，使得天线辐射效能的一致性与稳定性，因将天线匹配电路做在印刷电路板上或是天线的本体以及支架上等芯片外部，这样就能改善传统的手持式设备天线，配合环境的外观结构材料时常做匹配电路的修改以避免天线的阻抗匹配失衡问题。
本发明将天线匹配电路直接封装进NFC系统的封装芯片中，之后在需要改进天线时，不用再额外设计匹配电路，从而节省天线区块的布局空间，也改善了天线产品不匹配情况，使其不容易受产生装配人员的误差因素的影响，更进一步提升天线与芯片间信号传输的一致性，改善传统的天线设计效能，达成天线辐射效能的一致性与稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明，其中：
图1是根据本发明的一具体实施例的示意框图；
图2是根据本发明的一具体实施例的匹配电路图；
图3是根据本发明的一具体实施例的接口布线图。
具体实施方式
如图1，在近场通讯模块即NFC系统中，一种芯片内建天线匹配电路装置，包括：线圈天线105，包括具有多匝绕线的线圈；芯片101内部放置有匹配电路102，并连接至所述线圈天线105。芯片101上的芯片接脚103、104通过同轴电缆线，或金属五金弹片，或弹簧顶针接脚的方式，连接至外部线圈天线105的天线馈点106、107。匹配电路是用于调节所述线圈天线的谐振频率和匹配阻抗，采用芯片中的方式是SIP系统级封装，或是SOC系统级芯片置入芯片中。线圈是多匝绕线是沿中心轴线循环布置，当信号由外部线圈式近场耦合型的线圈天线105传输至接收芯片端。这里放置天线的匹配电路102模块是采用SIP系统级封装，或是SOC系统级芯片的方式置入于NFC芯片101中，使得NFC线圈天线在近场耦合上的信号传输更加稳定。
如图2所示，在近场通讯模块系统中的一个具体匹配电路，此匹配电路是由电阻、电感以及电容组成的。在此匹配电路中，电容用于调节线圈的谐振频率，电阻用于调节线圈天线的阻抗匹配。经采用SIP系统级封装方式，固定的天线匹配电路到图1中的101芯片中的102位置。信号通过线圈式近场耦合型天线传输至接收芯片端的芯片接脚103、104，其接入方式是经由同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚转接入。NFC天线本体部份是由多匝绕线循环后接至软性印刷电路板上，天线的接入点为软性印刷电路板的线圈天线105上的天线馈点106、107，接入方式是经由同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚转接入。
在SIP系统级封装方式中，有各种各样的叠加芯片的方式。不论采用哪一种叠加方式，都是在对各个零部件进行过测试以后，再使用焊料或者其它连接方法将元件层叠起来再进行封装的。它最大的优势是减少了电路板的面积，降低了电路板的复杂程度。还可以在每个封装内部安排布线，以便更精确地实现I/O的对准。而在线路板上安置裸芯片，一般不能达到很高的精度。在模组SIP内安装的芯片数量，由于应用增多，逐步转向采用集成水平更高的SOC芯片，因此模组内的总芯片数增加至一定数量以后将会逐步减少。这时出现的一个重要转变是将在模组内引入传感器之类的特殊器件，以改进系统的功能。这些特殊器件采用晶圆级封装的SOC系统级芯片，且采用SMT技术进行装配。
在图2中，换一种封装方式，采用芯片级系统SOC技术方法，即是运用新的纳米芯片制程技术，即是将电阻、电感以及电容转成印刷电路模式刻印在芯片中的矽晶圆上的方式，固定的天线匹配电路到图1中的芯片101中的102位置。在匹配电路中，电容调节线圈的谐振频率，电阻调节线圈天线的阻抗匹配。信号通过线圈式近场耦合型天线传输至接收芯片端的芯片接脚103、104，其接入方式是经由同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚转接入。NFC天线本体部份是由多匝绕线循环后接至软性印刷电路板上，天线的接入点为软性印刷电路板的线圈天线105上的天线馈点106、107，接入方式是经由同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚转接入。
在图2中，再换一种封装方式，匹配电路中的嵌入式无源元件可以被安置在陶瓷基板或有机多层板基板上，甚至也可以安置在引线框架上，这样使得嵌入式元件满足了缩小参数公差和降低成本的要求。
在另一实施例图3中，芯片101为NFC近场通讯功能芯片，内部为采用SIP技术封装周边元器件以及天线阻抗匹配电路102于一体成型的芯片内。NFC的线圈天线105本体部份由接入馈点做多匝绕线循环后接至软性印刷电路板209中，软性印刷电路板的一背面接点208，在背面板走线至另一背面接点207，经过正面转接至线圈天线一天线馈点107，此天线馈点经由同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚等转接入板端的NFC芯片101的一芯片接脚104，信号经过芯片内部的天线阻抗匹配电路102共振，选择需要的震荡频段并传送接收讯号到芯片核心做完资讯流的数值运算后，再经由NFC芯片101的另一芯片接脚103经过同轴电缆线、金属五金弹片或是弹簧顶针接脚等回接至线圈天线的另一天线馈点106，实现了信号使用匹配电路、芯片与天线的完整实例回路。
在本发明中，NFC天线本体为软性印刷电路板209，其背面贴合铁氧体材料或是用于手持式设备的软磁片，或是吸波材质，做成抗手持式设备的金属防磁罩或是电池的金属外壳等电磁干扰所使用，如图3所示的线圈天线是在软性印刷电路板209内，软性印刷电路板209的背面是贴置于需使用的设备上。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。即使个别的技术特征在不同的权利要求中引用，本发明还可包含共有这些特征的实施例。
Claims (11)
1.一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，包括：
线圈天线，包括具有多匝绕线的线圈；
芯片，其内部放置有匹配电路，并连接至所述线圈天线。
2.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述的匹配电路置入芯片中的方式是SIP系统级封装，或是SOC系统级芯片。
3.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述的匹配电路用于调节所述线圈天线的谐振频率和匹配阻抗。
4.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述的多匝绕线是沿中心轴线循环布置。
5.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述的芯片通过芯片接脚连接至所述线圈天线。
6.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述线圈天线是接至软性印刷电路板上。
7.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述线圈天线是接至所述的软性印刷电路板上的天线馈点。
8.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述线圈天线在所述的软性印刷电路板的背面是铁氧体材料。
9.根据权利要求1所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，芯片接脚通过同轴电缆线，或金属五金弹片，或弹簧顶针接脚的方式，连接至所述线圈天线。
10.根据权利要求8所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，所述铁氧体材料或是用于手持式设备的软磁片，或是吸波材质。
11.根据权利要求6-10任一项所述的一种芯片内建天线匹配电路装置，其特征在于，软性印刷电路板上的天线馈点通过同轴电缆线，或金属五金弹片，或弹簧顶针接脚的方式，连接至所述芯片接脚。
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