CN105807265A - 一种高性能小型化高度表信号处理与控制sip模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，信号处理与控制SIP模块包括整形电路、数字信号处理单元、高度计算与控制单元、数字通讯接口与带数字电位器的三角波发生器，整形电路的输出端与数字信号处理单元的输入端连接，数字信号处理单元的输出端与高度计算与控制单元的输入端连接，高度计算与控制单元的输出端与三角波发生器中的数字电位器控制端连接并与数字通讯接口双向连接，数字通讯接口双向连接到外部终端计算机，三角波发生器的输出端连接到高度表的收发前端；信号处理与控制SIP模块基于LTCC基板，采用裸芯片叠层，FC倒装，SIP陶瓷管壳一体化封装方式。通过上述方式，模块体积更小，可靠性强，重量更轻。

Description

一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块
技术领域
本发明涉及一种SIP模块，尤其是一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块。
背景技术
高度表是一种测量与指示飞行器距海拔面或地面垂直距离的仪表，从其工作原理来划分，可分为气压高度表与无线电高度表两种。无线电高度表是一种测高雷达(通常称为半雷达)，它以大地作为反射面，无线电波从发射天线发出，到达地面后反射回到接收天线，测量出无线电波的往返时间，就可精确测量出飞机离地面的实际高度。无线电高度表体积小、测量精度高，而且不受气象条件及机场海拔高度的影响，能直接测出飞行器距离地面的实际高度，因而在各种飞行器上是必不可少的无线电导航设备之一。现在对飞行器的应用要求越来越高(小型化、便携式、多功能、数字化及高可靠性、高性能方面)，实现的功能越来越多，增加功能意味着要增加更多的器件或增加器件的功能及性能，这样势必造成整体方案体积、重量的增加，如何减少这些是一个长期研究的工作。
传统高度表信号处理与控制部分一般采用基于集成电路和分立器件的多层印制板结构。基于FR4基板材料布局布线，使用手工或回流焊接电子元器件，外部接口采用连接器连接。这种结构工艺简单，实现成本低，但是整体结构体积大，安装复杂，已经不能满足系统小型化和模块化的需求。在产品效能与小型化和模块化的需求带动下，形成了现今电子产业上相关的两大主流：系统级芯片(SystemonChip，SOC)与系统级封装(SysteminaPackage，SIP)。SOC是站在设计的角度出发，目的在于将一个系统所需的组件整合到一块芯片上；而SIP则是由封装的立场出发，将不同功能的芯片整合于一个电子构造体中。
于是如何将高度表信号处理与控制电路这个相对功能独立的系统实现SIP在系统封装成为一个研究方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，基于LTCC基板，裸芯片叠层，FC倒装，陶瓷管壳一体化封装技术实现了高度表信号处理与控制部分SIP封装，使模块的体积更小，重量更轻。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，信号处理与控制SIP模块包括整形电路、数字信号处理单元、高度计算与控制单元、数字通讯接口与带数字电位器的三角波发生器，整形电路的输出端与数字信号处理单元的输入端连接，数字信号处理单元的输出端与高度计算与控制单元的输入端连接，高度计算与控制单元的输出端与三角波发生器中的数字电位器控制端连接并与数字通讯接口双向连接，数字通讯接口双向连接到外部终端计算机，三角波发生器的输出端连接到高度表的收发前端；信号处理与控制SIP模块基于LTCC基板，采用裸芯片叠层，FC倒装，SIP陶瓷管壳一体化封装方式。
进一步地，数字信号处理单元采用DSP为核心处理芯片，高度计算与控制单元采用FPGA为核心处理芯片，数字信号处理单元采用FPGA逻辑实现，高度计算与控制单元采用DSP算法实现，三角波发生器采用分立器件实现，数字通讯接口采用DSP的RS232和RS422口实现与上位机的通讯和信息交换。
进一步地，数字信号处理单元的DSP芯片和高度计算与控制单元的FPGA芯片层叠放置，在下的FPGA芯片采用FC倒装焊接，DSP芯片粘合在FPGA芯片上面，DSP芯片键合到LTCC基板的键合点，LTCC基板内层埋置器件，LTCC基板底部植BGA焊盘，使模块成为一个封装整体。
本发明的有益效果：该信号处理与控制SIP模块采用可编程逻辑FPGA器件和数字信号处理器DSP为核心处理芯片，配合整形电路与三角波发生器电路，进行信号处理与控制SIP模块设计。该信号处理与控制SIP模块基于LTCC基板，采用裸芯片叠层，FC倒装，SIP陶瓷管壳一体化封装方式，让模块体积更小，可靠性强，重量更轻。
附图说明
图1为一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块的原理框图；
图2为一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块的LTCC基板及封装键合示意图；
图3为一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块一体化管壳封装示意图。
具体实施方式
本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
如图1所示，为信号处理与控制SIP模块的原理框图，包括整形电路1、数字信号处理单元、高度计算与控制单元、数字通讯接口和带数字电位器(图中未示出)的三角波发生器2；整形电路1的输出端与数字信号处理单元(DSP为核心处理芯片)的输入端连接，该数字信号处理单元的输出端与高度计算与控制单元(FPGA为核心处理芯片)的输入端连接，高度计算与控制单元的输出端与三角波发生器2中的数字电位器(图中未示出)控制端连接并通过数据总线与数字通讯接口双向连接，数字通讯接口双向连接到外部终端计算机，三角波发生器2的输出端连接到高度表的收发前端(VCO)，高度计算与控制单元的输入端还与时钟6的输出端连接。数字信号处理单元采用FPGA逻辑实现，高度计算与控制单元采用DSP算法实现，三角波发生器2使用分立器件实现，数字通讯接口采用DSP的RS232、RS422和SPI口实现与上位机的通讯和信息交换。
图2为信号处理与控制SIP模块的LTCC基板及封装键合示意图，根据LTCC技术设计原理，将小容值电容、电阻等无源器件埋入LTCC基板3内层，其它有源器件，如FPGA裸芯片、DSP裸芯片、二极管和三极管(分立器件)等则放置在LTCC基板3表面。因LTCC基板3具有互连层数多，集成密度大，电学性能优等特点，可满足FPGA、DSP密级布线的要求。
本发明使用FPGA、DSP主要裸芯片及部分分立器件，基于LTCC基板，采用裸芯片叠层，FC倒装，SIP陶瓷管壳一体化封装方式，使模块体积更小，重量更轻。LTCC技术将各种无源器件，如电容、电阻等器件埋入多层陶瓷基板中，形成三度空间且互不干扰的高集成度电路，以平行式印刷涂布制造工艺烧结，形成集成式陶瓷器件，可进一步将电路小型化与高集成度化，减少了表面贴装无源元件的数量，贴装和电气互连所导致的不同材料的界面数量大幅减少。采用裸芯片FC倒装和3D叠层键合技术，大大降低了FPGA、DSP等原来封装成品电路所占的体积，极大的提高的模块的集成度，使封装密度和可靠性大幅度提高。
图3为信号处理与控制SIP模块一体化管壳封装示意图，该信号处理与控制SIP模块一体化封装基板管壳，包括LTCC基板3、BGA焊盘5、表面填充，LTCC基板3底部直接植BGA焊盘5，使模块成为一个封装整体。模块体积40mm*40mm*5.0mm，重量20g。
本发明为了尽量减少模块的体积，在本发明的设计中，将2个主要裸芯片电路进行层叠放置，在下的FPGA裸芯片采用FC倒装焊接，焊接完成后，将DSP裸芯片粘合在FPGA裸芯片上面，再将DSP裸芯片键合到LTCC基板3的键合点。同时，在LTCC基板3布线过程中，将部分的电阻、电容埋置在LTCC基板3内层(内置器件4)，这样可以最大限度的缩小LTCC基板3表面放置器件数量，利于布线布局，减小模块体积。

Claims (3)

1.一种高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，所述信号处理与控制SIP模块包括整形电路(1)、数字信号处理单元、高度计算与控制单元、数字通讯接口与带数字电位器的三角波发生器(2)，整形电路(1)的输出端与数字信号处理单元的输入端连接，数字信号处理单元的输出端与高度计算与控制单元的输入端连接，高度计算与控制单元的输出端与三角波发生器(2)中的数字电位器控制端连接并与数字通讯接口双向连接，数字通讯接口双向连接到外部终端计算机，三角波发生器(2)的输出端连接到高度表的收发前端；所述信号处理与控制SIP模块基于LTCC基板(3)，采用裸芯片叠层，FC倒装，SIP陶瓷管壳一体化封装方式。
2.根据权利要求1所述的高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，其特征在于：所述数字信号处理单元采用DSP为核心处理芯片，高度计算与控制单元采用FPGA为核心处理芯片，数字信号处理单元采用FPGA逻辑实现，高度计算与控制单元采用DSP算法实现，三角波发生器(2)采用分立器件实现，数字通讯接口采用DSP的RS232和RS422口实现与上位机的通讯和信息交换。
3.根据权利要求1所述的高性能小型化高度表信号处理与控制SIP模块，其特征在于：所述数字信号处理单元的DSP芯片和高度计算与控制单元的FPGA芯片层叠放置，在下的FPGA芯片采用FC倒装焊接，DSP芯片粘合在FPGA芯片上面，DSP芯片键合到LTCC基板(3)的键合点，LTCC基板(3)内层埋置器件(4)，LTCC基板(3)底部植BGA焊盘(5)，使模块成为一个封装整体。
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