CN112859682A

CN112859682A - 控制芯片、控制装置及电子设备

Info

Publication number: CN112859682A
Application number: CN202110025727.5A
Authority: CN
Inventors: 刘凯
Original assignee: Shanghai Meiren Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shanghai Meiren Semiconductor Co ltd
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2021-05-28

Abstract

本发明涉及电子设备技术领域，提供一种控制芯片、控制装置及电子设备。控制芯片，包括：无线通信裸片，所述无线通信裸片最大支持第一供电电压；微控制单元裸片，所述微控制单元裸片最大支持第二供电电压，所述微控制单元裸片与所述无线通信裸片相连，以与所述无线通信裸片通信并为所述无线通信裸片供电，其中，所述第一供电电压与所述第二供电电压相同或不同，其中，所述微控制单元裸片与所述无线通信裸片封装为一个系统级芯片。本发明的控制芯片，具有集成度高、占用空间小，成本低以及可支持相对更加广泛的供电电压范围的优点，进而，提升了控制装置的适用性。

Description

控制芯片、控制装置及电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种控制芯片、控制装置及电子设备。

背景技术

目前，很多电子设备实现了物联网功能，即：将电子设备中的控制芯片与通信芯片如WIFI(Wireless Fidelity)芯片通过外围电路相连后，借助WIFI芯片实现电子设备的物联网功能。但是，控制芯片与WIFI芯片在电路板布置上，需要各自占用一部分空间，从而导致整个电路板过大，影响在电子设备中的布置，另外，控制芯片与WIFI芯片需要借助外围升降压电路进行连接，进而，成本相对较高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种控制芯片，具有集成度高、占用空间小，成本低以及可支持相对更加广泛的供电电压范围的优点，进而，提升了控制装置的适用性。

本发明还提出一种控制装置。

本发明还提出一种电子设备。

根据本发明的第一方面实施例的控制芯片，包括：

无线通信裸片，所述无线通信裸片最大支持第一供电电压；

微控制单元裸片，所述微控制单元裸片最大支持第二供电电压，所述微控制单元裸片与所述无线通信裸片相连，以与所述无线通信裸片通信并为所述无线通信裸片供电，其中，所述第一供电电压与所述第二供电电压相同或不同，

其中，所述微控制单元裸片与所述无线通信裸片封装为一个系统级芯片。

根据本发明的一个实施例，所述无线通信裸片内置有第一处理器，所述微控制单元裸片内置有第二处理器，所述第一处理器与所述第二处理器相连，所述第一处理器用于控制所述无线通信裸片的无线通信，所述第二处理器用于对电子设备进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述第一供电电压与所述第二供电电压不同时，所述微控制单元裸片包括电压转换单元，所述电压转换单元用于将所述第二供电电压转换为所述第一供电电压后为所述无线通信裸片供电。

根据本发明的一个实施例，所述第一供电电压小于所述第二供电电压，所述电压转换单元为低压差线性稳压器LDO。

根据本发明的一个实施例，还包括：

闪存存储裸片，所述闪存存储裸片最大支持所述第一供电电压，所述闪存存储裸片与所述无线通信裸片相连，所述电压转换单元还用于将所述第二供电电压转换为所述第一供电电压后为所述闪存存储裸片供电，

其中，所述闪存存储裸片与所述微控制单元裸片和所述无线通信裸片一同封装为所述系统级芯片。

根据本发明的一个实施例，所述闪存存储裸片与所述无线通信裸片通过SPI通信接口相连。

根据本发明的一个实施例，所述无线通信裸片包括第一IO接口，所述微控制单元裸片包括第二IO接口，所述第一IO接口和所述第二IO接口之间基于UART通信接口、SD通信接口或者SPI通信接口相连。

根据本发明的一个实施例，所述第二IO接口包括漏极开路电路，所述漏极开路电路包括第一MOS管、第二MOS管和与门，所述第一MOS管的源极与所述第二供电电压相连，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极相连，所述第一MOS管常关断，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的栅极与所述与门的输出端相连，所述第二MOS管的漏极根据所述与门的输入端输入的电平信号输出相应的高阻信号或者低电平信号；所述第一IO接口设有上拉电阻，所述上拉电阻的一端与所述第二供电电压相连且另一端与第二MOS管的漏极相连。

根据本发明第二方面实施例的控制装置，包括：根据上述第一方面实施例所述的控制芯片。

根据本发明第三方面实施例的电子设备，包括：根据上述的第二方面实施例所述的控制装置。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：在兼具有电子设备控制和联网的同时，具有集成度高、占用空间小，成本低以及可支持相对更加广泛的供电电压范围的优点，进而，提升了控制芯片的适用性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的控制芯片的结构框图；

图2是本发明实施例提供的控制芯片的示意图；

图3是本发明实施例提供的控制芯片的通信示意图；

图4是本发明实施例提供的控制芯片的无线通信裸片和微控制单元裸片通信示意图之一；

图5是本发明实施例提供的控制芯片的无线通信裸片和微控制单元裸片通信示意图之二；

图6是本发明实施例提供的控制芯片与外围机电芯片交互的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例是用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是电连接；“电连接”可以为通过线缆的有线连接，或者通过无线收发器的无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以下结合附图描述本发明实施例的控制芯片、控制装置及电子设备。

其中，电子设备需要广义理解，例如：一些智能化的家用电器可以称为电子设备，一些智能化的生活电器等也可称为电子设备，并且，如一些穿戴式的电子产品等，也称为电子设备。因此，本发明实施例的电子设备包括但不限于冰箱、空调、洗衣机、热水器、电饭煲、洗碗机和/或微波炉等日常使用的家用电器或者生活电器，当然，电子设备还包括但不限于移动终端、智能手表等电子产品。

如图1所示，本发明提供的控制芯片，包括：无线通信裸片110和微控制单元裸片120，其中：

无线通信裸片110最大支持第一供电电压。微控制单元裸片120最大支持第二供电电压，微控制单元裸片120与无线通信裸片110相连，以与无线通信裸片110通信并为无线通信裸片110供电，其中，所述第一供电电压与所述第二供电电压相同或不同，微控制单元裸片120与所述无线通信裸片110封装为一个系统级芯片，即：合封为一个SoC(System onChip)。

该示例中，无线通信裸片110是裸die，微控制单元裸片120同样是裸die。通常，裸片(die)既是在foundry(加工厂)生产出来的，即：是晶圆经过切割测试后没有经过封装的芯片，这种没有经过封装的裸片上只有用于封装的压焊点(pad)，因此，不能直接应用于实际电路中。

无线通信裸片110例如为WIFI裸片或者BLE(蓝牙)裸片。微控制单元裸片120指MCU(Microcontroller Unit)裸片,微控制单元又称单片微型计算机或者单片机，可把中央处理器(Central Process Unit，CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、A/D(模拟数字转换器)转换、UART(通用异步收发传输器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、PLC(可编程逻辑控制器，Programmable Logic Controller)、DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)等周边接口等都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。

本发明的实施例中，控制芯片是一个系统级(SoC)芯片，一般说来，SoC称为系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。该系统级芯片中封装有微控制单元裸片120与无线通信裸片110。因此，该系统级芯片是封装好的芯片，可以应用于实际电路中，因此，使得本发明实施例的控制芯片可以对电子设备控制的同时具有联网功能，也就是说，可以通过本发明实施例的控制芯片实现电子设备的物联网应用。另外，由于将无线通信裸片110和微控制单元裸片120合封为一个系统级芯片，因此，相对于现有技术中采用单独封装好的无线通信芯片以及单独封装好的微控制单元芯片的方式，集成度更高，因此，占用空间相对更小。此外，相对于独立的无线通信芯片和独立的微控制单元芯片互联形成的非同一系统级芯片的成本更低。

在本发明的一个实施例中，无线通信裸片110最大支持第一供电电压。微控制单元裸片120最大支持第二供电电压，其中，第一供电电压例如为3.3V直流电压，而第二供电电压可以是5V直流电压。因此，微控制单元裸片120可以支持耐5V电压和5V的IO接口的容忍的能力，另外，当无线通信裸片110的供电电压与微控制单元裸片120的供电电压不同的情况下，也不需要借助外围的升降压电路实现无线通信裸片110和微控制单元裸片120之间实现通信，进而，降低了成本的同时，本发明实施例的控制芯片能够支持相对更加广泛的供电电压范围，因此，兼容能力更高。

根据本发明实施例的控制芯片，在兼具有电子设备控制和联网的同时，具有集成度高、占用空间小，成本低以及可支持相对更加广泛的供电电压范围的优点，进而，提升了控制芯片的适用性。

在本发明的一个实施例中，无线通信裸片110内置有第一处理器1101，微控制单元裸片120内置有第二处理器1201，第一处理器1101与第二处理器相连，即：第一处理器1101和第二处理器1201可以进行通信，第一处理器用于控制无线通信裸片的无线通信，第二处理器用于对电子设备进行控制。也就是说，无线通信裸片110和微控制单元裸片120分别具有一个独立的CUP，即：双核。无线通信裸片110以WIFI裸片为例，则第一处理器主要负责WIFI收发包,再把无线数据做编码和解码,当编码和解码完成后，可与第二处理器通信，例如互相交换数据。第二处理器则不需要处理WIFI数据的传输,只需要作为电子控制主控角色(例如：对电子设备进行控制)。这种双核并且分工明确的设计方式，可以有效防止单核引致的资源冲突和复位情况，从而提升控制芯片的稳定性和可靠性。

如图2所示，第一供电电压与第二供电电压不同时，例如：第一供电电压为3.3V，第二供电电压为5V，此时，微控制单元裸片120包括电压转换单元121，电压转换单元121用于将第二供电电压转换为第一供电电压后为无线通信裸片110供电。该示例中，第一供电电压小于第二供电电压，此时，电压转换单元121例如为低压差线性稳压器LDO(low dropoutregulator)。由此，相比于现有技术中独立的微控制单元芯片借助外围的升降压电路为独立的WIFI芯片供电的方式，省去了外围升降压电路的设置，进而，降低了成本。

如图2所示，控制芯片还可包括：闪存存储裸片130(如flash)，闪存存储裸片130最大支持第一供电电压，闪存存储裸片130与无线通信裸片110相连，电压转换单元121还用于将第二供电电压转换为所述第一供电电压后为所述闪存存储裸片130供电，其中，所述闪存存储裸片130与所述微控制单元裸片120和所述无线通信裸片110一同封装为所述系统级芯片，即：同样合封为一个系统级芯片，进一步提升控制芯片集成度的同时，使得控制芯片的成本相对更低。并且，微控制单元裸片120也可以通过跟无线通信裸片110之间的通信借口间接地对操作闪存存储裸片130进行操作，控制芯片具有更强大的存储能力，因此，使控制芯片具有更强大的控制能力。

结合图2所示，闪存存储裸片130与无线通信裸片110可以通过SPI(串行外设接口，Serial Peripheral Interface)通信接口相连，即：借助SPI通信协议进行双向通信。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为布局上节省空间，提供方便。

如图2和图3所示，无线通信裸片110包括第一IO接口，所述微控制单元裸片120包括第二IO接口，所述第一IO接口和所述第二IO接口之间基于UART通信接口(通用异步收发传输器，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、SD通信接口(Secure DigitalMemory Card)或者SPI通信接口相连，例如：借助UART通信协议进行双向通信。UART可将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，UART通常被集成于通讯接口的连结上。

可以理解的是，第一IO接口和第二IO接口之间并不限于基于UART通信接口、SD通信接口或者SPI通信接口相连，在实际应用中，也可以使用具有类似功能的其它接口。

需要说明的是，第一IO接口可以是两个IO接口，同样地，第二IO接口可以是两个IO接口，如图3所示，第一IO接口中位于上方的IO接口与第二IO接口中位于上方的接口相连，可以实现第二IO接口向第一IO接口发送数据；类似地，第一IO接口中位于下方的IO接口与第二IO接口中位于下方的接口相连，可以实现第一IO接口向第二IO接口发送数据。进而，实现微控制单元裸片120和无线通信裸片110之间的双向通信。

由于微控制单元裸片120和无线通信裸片110的工作电压可能不同，例如在微控制单元裸片120的供电电压高于无线通信裸片110的供电电压的情况下，直接进行通信，容易造成无线通信裸片110过压而损坏，因此，在本发明的一个实施例中，可以采用漏极开路和上拉电阻配合的方式进行通信，如图4和图5所示，第二IO接口包括漏极开路电路，漏极开路电路包括第一MOS(Metal Oxide Semiconductor)管Q1、第二MOS管Q2和与门Y1，第一MOS管Q1的源极与所述第二供电电压如5V直流电压相连，所述第一MOS管Q1的漏极与所述第二MOS管Q2的漏极相连，所述第一MOS管Q1常关断，所述第二MOS管Q2的源极接地，所述第二MOS管Q2的栅极与所述与门Y1的输出端相连，所述第二MOS管Q2的漏极根据所述与门Y1的输入端输入的电平信号输出相应的高阻信号或者低电平信号；所述第一IO接口设有上拉电阻R1，所述上拉电阻R1的一端与所述第二供电电压如3.3V直流电压相连且另一端与第二MOS管Q2的漏极相连。这样，微控制单元裸片120利用漏极开路(open drain)设置，将微控制单元裸片120的第二IO接口设置成漏极开路模式，该模式下，PNP型的第一MOS管Q1长期关闭，只有NPN型的第二MOS管Q2在工作，当数据为1时，会把第二MOS管Q2关掉，同时无线通信裸片110会把第一IO接口设置为上拉电阻模式，这样，尤其在第一供电电压小于第二供电电压时，无线通信裸片110的输入电压会成为3.3V，而不是5V，进而，有效防止无线通信裸片110上过压，实现通信的同时避免了无线通信裸片110损坏。并且，本发明实施例的通信方式，不需要外接升降压的外围组件，便可以直接支持系统级芯片内部的微控制单元裸片120和无线通信裸片110之间的通信，并且，由于封装为同一个系统级芯片内，因此，也不需把要微控制单元裸片120和无线通信裸片110之间通信的IO口拉出来，省却封装口成本和封装的器件，进一步降低了控制芯片的成本。

如图6所示，本发明实施例的控制芯片可支持相对广泛的供电电压范围，即：微控制单元裸片120内置独立的LDO供电到无线通信裸片110和闪存存储裸片130，并在通过漏极开路模式的设置，相互配合，供电和内部通信均可以在没有配置外围组件(如电压转换组件)下实现，并且，控制芯片支持广泛的供电电压和不同电压域的IO容忍能力，提升控制芯片的适用范围。

由于如WIFI一般以28nm/40nm/55nm RF工艺去实现，由于射频电路一般需要采用高速模块去做无线收发，同时也需要一个高速高精度的时钟模块去做频率转换，因此，内部有些管子如RF电阻，RF电容，RF电感需要达到2.4G/5G速度，所以选取工艺一般以RF先进工艺为优先。但这类RF工艺都是没法支持5V供电，一般采用小管子，如1.1v/2.5v管子去体现，所以最高支持电压只可到3.6v。而通过本发明的实施例，不需要牺牲不能支持的5V全功能，因此，具有实用性更强的优点。

进一步地，本发明的实施例提供了一种控制装置，包括：根据上述任意一个实施例所述的控制芯片。本发明实施例的控制装置，在兼具有电子设备控制和联网的同时，具有集成度高、占用空间小，成本低以及可支持相对更加广泛的供电电压范围的优点，进而，提升了控制装置的适用性。

进一步地，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：根据上述的实施例所述的控制装置。本发明实施例的电子设备具有成本低、兼容性强的优点。

电子设备需要广义理解，例如：一些智能化的家用电器可以称为电子设备，一些智能化的生活电器等也可称为电子设备，并且，如一些穿戴式的电子产品等，也称为电子设备。因此，本发明实施例的电子设备包括但不限于冰箱、空调、洗衣机、热水器、电饭煲、洗碗机和/或微波炉等日常使用的家用电器或者生活电器，当然，电子设备还包括但不限于移动终端、智能手表等电子产品。可以理解的是，本发明实施例的电子设备的其他结构以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，此处不做赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种控制芯片，其特征在于，包括：

无线通信裸片，所述无线通信裸片最大支持第一供电电压；

2.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述无线通信裸片内置有第一处理器，所述微控制单元裸片内置有第二处理器，所述第一处理器与所述第二处理器相连，所述第一处理器用于控制所述无线通信裸片的无线通信，所述第二处理器用于对电子设备进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的控制芯片，其特征在于，所述第一供电电压与所述第二供电电压不同时，所述微控制单元裸片包括电压转换单元，所述电压转换单元用于将所述第二供电电压转换为所述第一供电电压后为所述无线通信裸片供电。

4.根据权利要求3所述的控制芯片，其特征在于，所述第一供电电压小于所述第二供电电压，所述电压转换单元为低压差线性稳压器LDO。

5.根据权利要求4所述的控制芯片，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的控制芯片，其特征在于，所述闪存存储裸片与所述无线通信裸片通过SPI通信接口相连。

7.根据权利要求1所述的控制芯片，其特征在于，所述无线通信裸片包括第一IO接口，所述微控制单元裸片包括第二IO接口，所述第一IO接口和所述第二IO接口之间基于UART通信接口、SD通信接口或者SPI通信接口相连。

8.根据权利要求7所述的控制芯片，其特征在于，所述第二IO接口包括漏极开路电路，所述漏极开路电路包括第一MOS管、第二MOS管和与门，所述第一MOS管的源极与所述第二供电电压相连，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极相连，所述第一MOS管常关断，所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的栅极与所述与门的输出端相连，所述第二MOS管的漏极根据所述与门的输入端输入的电平信号输出相应的高阻信号或者低电平信号；所述第一IO接口设有上拉电阻，所述上拉电阻的一端与所述第二供电电压相连且另一端与第二MOS管的漏极相连。

9.一种控制装置，其特征在于，包括：根据权利要求1-8任一项所述的控制芯片。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：根据权利要求9所述的控制装置。