CN106502960A - 一种基于sip封装的无线通信芯片 - Google Patents

一种基于sip封装的无线通信芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SIP封装的无线通信芯片，包括微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片；各芯片通过SIP封装集成在一SIP芯片中；快速存储芯片中预烧入有操作系统。相比现有的方案，通过SIP封装的集成度更高，所封装的各芯片可以上下层叠，且所封装的微处理器、无线射频等芯片无需包含外部塑封体，从而大大缩小了无线通信芯片的整体尺寸，本发明的SIP芯片尺寸比完成同样功能的模块尺寸减小约50％，降低了客户的产品开发难度和成本。通过预烧入操作系统，使得客户可以在产线直接使用此软件，或者仅需升级少量用户配置信息或定制化的应用功能，大量减少客户产线的软件烧录时间，大大提升了智能产品的开发速度。

Description

一种基于SIP封装的无线通信芯片
技术领域
本发明涉及一种无线通信芯片开发技术领域，特别涉及一种基于SIP封装的无线通信芯片开发技术领域。
背景技术
无线通信技术在电脑，智能手机和平板电脑已经得到了非常广泛的应用，随着物联网技术的逐步发展、物联网基础设施与底层技术日渐完备，越来越多的智能设备应运而生。各种类型的智能设备，如智能空调、智能空气净化器和智能烤箱等，得到越来越多用户的青睐，使得人们的生活变得更加便捷。智能设备需要使用无线通信模块(芯片)来实现无线网络通信和互联网接入。
现有技术中，无线通信芯片的加工制作方案主要有两类：
1、板上芯片(Chip On Board，简称“COB”)方案：
COB即将单一功能的、封装好的芯片直接焊在PCB板上，PCB板上同时焊有其他芯片、电子器件，共同组成一个基本完整功能。也就是说，将无线芯片、芯片外围器件等直接焊在PCB上，形成一块无线通信芯片。此方案设计较灵活，但是对开发人员的技术要求较高，开发、测试过程较长，开发成本高。
2、模块方案：
将无线芯片、芯片外围器件、天线做成一个模块，此模块基板为PCB，客户再将此模块焊在其产品PCB上，实现无线功能。此方案大大降低客户的设计成本，缺点是模块尺寸较大，无法用于小型产品，适用性不强。
并且，以上两种方案的无线通信芯片出厂时均是不带操作系统的，需要客户或者模块厂家从头进行软件开发和烧录，产品的研发周期至少需要六个月，耗时较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SIP封装的无线通信芯片，使得芯片体积更小、集成度更高，且节省了大量开发工作，有效提高了产品研发和生产效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于SIP封装的无线通信芯片，包括微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片；
微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片通过SIP封装集成在一SIP芯片中；
其中快速存储芯片中预烧入有操作系统。
本发明实施方式相对于现有技术而言，将微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片通过SIP封装集成在一SIP芯片中，相比现有的COB和模块集成方案，通过SIP封装的集成度更高，微处理器、无线射频等芯片可以上下叠加，且所封装的微处理器、无线射频等芯片无需包含外部塑封体，从而大大缩小了无线通信芯片的整体尺寸，本发明实施方式的SIP芯片尺寸比完成同样功能的模块尺寸减小约50％，降低了客户的产品开发难度和成本，适用性更强。并且，通过在快速存储芯片中预烧入操作系统，使得客户可以在产线直接使用此软件，或者仅需升级少量用户配置信息或定制化的应用功能，大量减少客户产线的软件烧录时间，降低成本。通过本发明实施方式，节省了大量开发工作，客户仅需提供电源和天线，就可以使此无线通信芯片工作，从而可以将智能产品无线通信功能的开发时间从现有的6个月提升到2个月，在2个月内保证智能产品的上线，大大提升了智能产品的开发速度。
作为进一步改进，该无线通信芯片还可以包括以下器件之一或其任意组合，各器件通过SIP封装集成在该SIP芯片中：晶振时钟、电压转换器件、功率电感、和/或电源管理器件。
作为进一步改进，该无线射频芯片可以进一步包括以下之一或其任意组合：WiFi芯片、蓝牙芯片、WiFi蓝牙组合芯片，Zigbee芯片，低功耗蓝牙芯片、LoRa芯片、NB-IOT芯片和/或LTE芯片等。
作为进一步改进，上述封装后的SIP芯片至少包括以下对外接口：通信接口、电源供电接口和天线接口。
作为进一步改进，通信接口至少包括以下之一或其任意组合：通用异步收发传输器接口、串行外设接口、内部集成总线接口、集成电路内置音频总线接口、脉冲宽度调制接口、软件调试接口、通用输入输出接口、模拟数字转换器接口、数字模拟转换器接口。
作为进一步改进，上述快速存储固件可以分为至少两块子固件，无线通信芯片的操作系统独立烧入其中一块子固件中；如果该无线通信芯片中包含其他可更新的程序，则该可更新程序烧入其余子固件中。从而在客户需要定制指定功能的程序或者需要更新程序时，可以无需重新烧录操作系统所在子固件，而仅对可更新程序所在子固件进行重新烧录。相对于庞大的操作系统，可更新程序的程序量小，占用空间少，单独烧录所需的时间相对于整体固件重新烧录所需时间大大缩短。并且，在研发阶段，开发人员需对设备软件功能进行反复修改、调试，每次修改后，都需要更新固件，在生产阶段，又需要在产线对固件中需要调整的部分进行更新烧录，整个研发和生产阶段固件重新烧录次数众多，通过本方式，有效缩短单次固件更新所需时间，进而使得产品的整体研发和生产效率得到大幅度提升，大大节约了产品的研发和生产成本。
作为进一步改进，快速存储固件所分的各子固件中至少一块子固件为只读模式子固件，至少一块子固件为读写模式子固件；
其中操作系统预烧入只读模式子固件中，可更新的程序烧入读写模式子固件中。从而可以有效防止出厂后的无线通信芯片程序被窜改或盗用。
作为进一步改进，该操作系统中包含本系统所在子固件以外的其他子固件起始地址，操作系统根据各子固件的起始地址调用该子固件内烧入的程序。
作为进一步改进，可更新的程序所在子固件中包含一函数地址表，该函数地址表中保存本子固件所需要调用的其他子固件中的软件函数的地址，可更新的程序根据该函数地址表中的地址调用相应软件函数。该方式无需定义函数结构体指针变量，节省设备微控制器的物理内存空间；摒弃函数结构体指针操作方式，加快设备软件运行速度；且开发人员不用再针对其他子固件中每个调用函数定义地址，减少开发工作量。
作为进一步改进，不同类型的程序烧入至快速存储固件的不同子固件中；在更新程序时，对待更新程序所在的子固件进行重新烧入；
可更新的程序的类型至少包括以下之一：应用程序、中间件、驱动程序。
通过将不同类型的程序单独烧入不同子固件，从而在进行程序更新时，每次只需重新烧录该类型程序对应的子固件，最大程度上减少了固件更新烧录所需时间，进一步提高了产品研发和生产效率。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的基于SIP封装的无线通信芯片结构示意图；
图2是根据本发明第一实施方式的基于SIP封装的无线通信芯片中SIP封装示意图(侧面)；
图3是根据本发明第一实施方式的基于SIP封装的无线通信芯片中SIP封装示意图(底面)；
图4是根据本发明第一实施方式的基于SIP封装的无线通信芯片中内部导线连接示意图；
图5是根据本发明第二实施方式的基于SIP封装的无线通信芯片中快速存储固件划分示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种基于SIP封装的无线通信芯片，如图1所示，将微处理器101、无线射频芯片102、射频匹配电路103和快速存储芯片104通过SIP封装集成在一颗SIP芯片中；根据实际需要，还可以将晶振时钟105、DC-DC电压转换器件106、功率电感107、电源管理108等芯片或器件，通过SIP封装技术，封装集成在一棵SIP芯片中。并且，在其中的快速存储芯片104中预烧入操作系统。图1仅为示意图，实际情况可以根据需求，调整SIP芯片内集成的器件以及对外接口。
相比现有的COB和模块集成方案，通过SIP封装的无线通信芯片集成度更高，微处理器、无线射频等芯片可以上下叠加，且所封装的微处理器、无线射频等芯片无需包含外部塑封体，从而大大缩小了无线通信芯片的整体尺寸，本实施方式的SIP芯片尺寸比完成同样功能的模块尺寸减小约50％，降低了客户的产品开发难度和成本，适用性更强。并且，通过在快速存储芯片中预烧入操作系统，使得客户可以在产线直接使用此软件，或者仅需升级少量用户配置信息或定制化的应用功能，大量减少客户产线的软件烧录时间，降低成本。通过本发明实施方式，节省了大量开发工作，客户仅需提供电源和天线，就可以使此无线通信芯片工作，从而可以将智能产品无线通信功能的开发时间从现有的6个月提升到2个月，在2个月内保证智能产品的上线，大大提升了智能产品的开发速度。
具体的SIP封装示意图侧面如图2所示，底面如图3所示，包括塑封体201、各类芯片10(如微处理器101、无线射频芯片102、射频匹配电路103、快速存储芯片104等)、焊凸202、导电介质板203、导电连线204、芯片基岛205、引线框架206、导热焊盘207、导电焊盘208。
各类芯片10通过芯片基岛205进行空间上的整合，实现合理的堆叠，进而通过焊凸202焊接到导电介质板203上，通过导电介质板203实现各芯片pin脚的内部连接，并通过导电连线204、引线框架206将各芯片上需要连接到外部的pin脚连接到无线通信芯片(SIP芯片)对外接口的pin脚的导电焊盘208上，需要进行导热的的pin脚则连接到导热焊盘207上，如图4所示。
上述封装后的无线通信SIP芯片一般包括以下对外接口：通信接口、电源供电接口110和天线接口111。
其中，通信接口可以进一步包括：通用异步收发传输器接口(简称“UART”)1091、串行外设接口(简称“SPI”)1092、内部集成总线接口(Inter-Integrated Circuit，简称“I2C”)1093、集成电路内置音频总线接口(简称“I2S”)1094、脉冲宽度调制接口(简称“PWM”)1095、软件调试接口(简称“SWD”)1096、通用输入输出接口(简称“GPIO”)1097、模拟数字转换器接口(简称“ADC”)1098、数字模拟转换器接口(简称“DAC”)1099。
作为进一步改进，无线射频芯片102可以进一步包括以下之一或其任意组合：WiFi芯片、蓝牙芯片、WiFi蓝牙组合芯片，Zigbee芯片，低功耗蓝牙芯片、LoRa芯片、NB-IOT芯片和/或LTE芯片等。
本发明的第二实施方式涉及一种基于SIP封装的无线通信芯片。第二实施方式与第一实施方式在结构上大致相同，主要区别之处在于：在本发明第二实施方式中，对快速存储固件进行了划分，进而对操作系统的烧录方式进行了改进，使得可以仅对需要更新的程序所在子固件进行重新烧录，而无需进行快速存储固件的整体烧录，大大减少了程序更新所需时间。
具体地说，可以将快速存储固件分为两块或两块以上子固件，无线通信芯片的操作系统独立烧入其中一块子固件中；将该无线通信芯片中包含的其他可更新的程序烧入其余子固件中。可更新的程序的类型至少包括以下之一：应用程序、中间件、驱动程序。
从而在客户需要定制指定功能的程序或者需要更新程序时，可以无需重新烧录操作系统所在子固件，而仅对可更新程序所在子固件进行重新烧录。相对于庞大的操作系统，可更新程序的程序量小，占用空间少，单独烧录所需的时间相对于整体固件重新烧录所需时间大大缩短。并且，在研发阶段，开发人员需对设备软件功能进行反复修改、调试，每次修改后，都需要更新固件，在生产阶段，又需要在产线对固件中需要调整的部分进行更新烧录，整个研发和生产阶段固件重新烧录次数众多，通过本实施方式，有效缩短单次固件更新所需时间，进而使得产品的整体研发和生产效率得到大幅度提升，大大节约了产品的研发和生产成本。
一般情况下，可以将不同类型的程序烧入至快速存储固件的不同子固件中；在更新程序时，仅对待更新程序所在的子固件进行重新烧入。
通过将不同类型的程序单独烧入不同子固件，从而在进行程序更新时，每次只需重新烧录该类型程序对应的子固件，最大程度上减少了固件更新烧录所需时间，进一步提高了产品研发和生产效率。
作为进一步改进，该操作系统中包含本系统所在子固件以外的其他子固件起始地址，操作系统根据各子固件的起始地址调用该子固件内烧入的程序。
可更新的程序所在子固件中包含一函数地址表，该函数地址表中保存本子固件所需要调用的其他子固件中的软件函数的地址，可更新的程序根据该函数地址表中的地址调用相应软件函数。
以将快速存储固件分为A、B两块子固件为例进行具体说明，如图5所示，无线通信芯片的操作系统独立烧入B子固件中，可更新的应用程序烧入A子固件中。
在程序编译阶段：
通过编译器编译，获取A子固件起始地址，并将其赋值给B子固件(操作系统)中的函数指针变量。
B子固件编译时，生成函数地址列表文件，具体可以为函数符号表文件形式。
A子固件编译时，将该函数地址列表文件，导入到A子固件中。从而A子固件运行时，即可按照该函数地址列表去调用B固件的函数。
在智能设备具体运行阶段：
在智能设备上电后，B子固件(操作系统)开始启动执行，完成系统初始化，并且自动获取A子固件起始地址。
在需要调用A子固件中的程序时，通过指向A子固件起始地址，开始运行A固件程序。
A子固件从函数符号表文件中获取到B固件函数地址，进而A子固件可以调用B子固件(操作系统)中的函数，实现相应的函数功能。
通过该方式，无需定义函数结构体指针变量，节省设备微控制器的物理内存空间；摒弃函数结构体指针操作方式，加快设备软件运行速度；且开发人员不用再针对其他子固件中每个调用函数定义地址，减少开发工作量。
本发明的第三实施方式涉及一种基于SIP封装的无线通信芯片。第三实施方式与第二实施方式上大致相同，主要区别之处在于：在本发明第三实施方式中，快速存储固件所分的各子固件中至少一块子固件为只读模式子固件，至少一块子固件为读写模式子固件。
其中操作系统预烧入只读模式子固件中，可更新的程序烧入读写模式子固件中。从而可以有效防止出厂后的无线通信芯片程序被窜改或盗用。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，包括微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片；
所述微处理器、无线射频芯片、射频匹配电路和快速存储芯片通过SIP封装集成在一SIP芯片中；
所述快速存储芯片中预烧入有操作系统。
2.根据权利要求1所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述无线通信芯片还包括以下器件之一或其任意组合，各所述器件通过SIP封装集成在所述SIP芯片中：
晶振时钟、电压转换器件、功率电感、和/或电源管理器件。
3.根据权利要求1所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述无线射频芯片包括以下之一或其任意组合：
WiFi芯片、蓝牙芯片、WiFi蓝牙组合芯片，Zigbee芯片，低功耗蓝牙芯片、LoRa芯片、NB-IOT芯片和/或LTE芯片。
4.根据权利要求1所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，封装后的所述SIP芯片至少包括以下对外接口：
通信接口、电源供电接口和天线接口。
5.根据权利要求1所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述通信接口至少包括以下之一或其任意组合：
通用异步收发传输器接口、串行外设接口、内部集成总线接口、集成电路内置音频总线接口、脉冲宽度调制接口、软件调试接口、通用输入输出接口、模拟数字转换器接口、数字模拟转换器接口。
6.根据权利要求1所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述快速存储固件分为至少两块子固件，所述操作系统独立烧入其中一块子固件中；
如果所述无线通信芯片中包含其他可更新的程序，则所述可更新程序烧入其余子固件中。
7.根据权利要求6所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述快速存储固件所分的各子固件中至少一块子固件为只读模式子固件，至少一块子固件为读写模式子固件；
所述操作系统预烧入所述只读模式子固件中，所述可更新的程序烧入所述读写模式子固件中。
8.根据权利要求6所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述操作系统中包含本系统所在子固件以外的其他子固件起始地址，根据所述子固件的起始地址调用该子固件内烧入的程序。
9.根据权利要求6所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，所述可更新的程序所在子固件中包含一函数地址表，所述函数地址表中保存本子固件所需要调用的其他子固件中的软件函数的地址，所述可更新的程序根据所述函数地址表中的地址调用相应软件函数。
10.根据权利要求6所述的基于SIP封装的无线通信芯片，其特征在于，不同类型的程序烧入至所述快速存储固件的不同子固件中；
在更新程序时，对所述待更新程序所在的子固件进行重新烧入；
所述可更新的程序的类型至少包括以下之一：应用程序、中间件、驱动程序。
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