CN205566291U - 一种芯片架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种芯片架构，该芯片架构上集成有多个子系统，所述多个子系统分别与所述芯片架构的总线连接，并通过总线进行信息交互与通信，所述多个子系统包括：机器类型通信MTC基带子系统、应用处理器子系统、传感器子系统以及电源管理子系统。本实用新型实施例，通过在单芯片内集成MTC基带、应用处理器、传感器以及电源管理，提高单芯片的集成度；使得单芯片的适用范围广，满足低功耗、低成本、超长待机等需求。

Description

一种芯片架构

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种芯片架构。

背景技术

物联网自1999年被提出以来，得到了广泛关注和迅猛发展，被誉为是推动产业升级迈向信息社会的发动机，其英文名称为：“Internet of things(IoT)”。物联网在国际上又称为传感网，这是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，就能变得智能化。再借助无线网络技术，人们就可以和物体“对话”，物体和物体之间也能“交流”，这就是物联网的愿景。

LTE通信网络被称之为准4G网络，LTE为物联网提供了良好网络保障，物联网也将促进LTE网络的广泛应用，二者融合发展、互为促进，必将有效推动信息化融合，加速传统产业转型升级，提供新的经济增长点。

LTE产业生态比较成熟，但现有LTE技术及解决方案如果直接用于物联网，尤其是LTE芯片，将面临成本高、功耗大(待机时间短)等一系列问题，因此LTE面向IOT专门立项进行研究并推进其标准化，这就是机器类型通信(MTC，Machine Type Communication)的背景。

除了降低能耗，减少设备调制解调器成本是Cat-0and LTE-M一个关键的目标。通过降低带宽和数据速率的能力，cat-0和LTE-M降低复杂性，是降低成本的一个关键要求。而在Cat-0(第12版)已初步朝着这方向进行。通过限制最大传输块大小,Cat-0把最大下载速率降低为1Mbps。此外，Cat-0在Release 10里，提供了降低接收RF链的选项。此外，Cat-0引入了一个可选的半双工传输模式。通过这些修改，Cat-0模块成本可以降低到目前的3G模块成本。

随着Release 13和LTE-M的标准化进程，应该能够降低更多的成本。LTE-M数据率仍高达1Mbps，但只有支持1.4MHz频段。LTE-M将保留选择单天线选择和半双工传输方式。

在上面描述的功耗和成本都减少是可观的，当然，使LTE在使用M2M和物联网时实用的替代现有2G和3G调制解调器，同时还提供了改进和超越2G/3G的增强的功能，如之前讨论的增强覆盖范围和降低功耗。手机行业也正在调查以更进一步缩小功耗和成本节约。例如，最近3GPP倡议为物联网的RAN标准提出了一个新的“干净”的设计方法。

物联网概念比较宽泛，细分市场众多，每个市场对芯片及解决方案的诉求不一致，因此目前物联网解决方案五花八门，从通信技术角度出发，可以将解决方案简单的分成两类，即蜂窝技术方案与非蜂窝技术方案。蜂窝技术方案是指利用2G/3G/4G甚至未来的5G无线通信技术来实现万物互联，万众连接；非蜂窝技术是指利用WIFI、蓝牙等短距通信技术来实现物物连接。

MTC类终端带来的技术挑战如下：

1、量大面广；

市场预测结构数据表明，到2020年全球连接的节点数将达到250亿～500亿量级，这其中大部分将是MTC类。涵盖领域包括个人智能穿戴设备、医疗、健康等等。每个细分市场都有自己独特的需求，如果针对每个市场定制一款芯片或者解决方案，经济上不可行。

2、超低功耗、超长待机；

如之前分析，此类终端要求数月～数年的待机时间，因此芯片应具备uW～nW级功耗水平。

3、低成本；

不同细分市场对成本的要求不一致，面向个人消费领域的MTC类终端成本应控制在几元～几十元人民币范围以内。

4、要求很高的集成度，成本优势；

单芯片内需集成sensor、RF、MCU、连结性技术(BT、Zigbee、WIFI、5G-MTC)等，对封装技术有较大的挑战。

目前市面上尚未出现MTC的芯片，其他物联网的解决方案，也大都基于现有的应用处理器芯片，对处理器能力进行减配、对段距通信技术(BT、Zigbee、WIFI)进行增强来进行，尚未支持蜂窝技术。传感器和射频方面，也都通过独立的配套芯片的方式提供。

综上，现有方案的主要缺点：集成度不够高，RF的收发器、传感器等需外接配套芯片；面积和功耗比较高；当前的芯片架构满足不了MTC芯片的需求，单芯片内集成传感器、RF的收发器等，会对当前芯片的架构和兼容性提出更大的挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种芯片架构，解决了现有技术中单芯片的集成度不高，无法满足MTC芯片需求的问题。

为了达到上述目的，本实用新型实施例提供一种芯片架构，包括：所述芯片架构上集成有多个子系统，所述多个子系统分别与所述芯片架构的总线连接，所述多个子系统包括：

机器类型通信MTC基带子系统、应用处理器子系统、传感器子系统以及电源管理子系统。

其中，所述芯片架构上还集成有：无线连接子系统。

其中，所述MTC基带子系统包括多个集成电路模块，所述多个集成电路模块之间通过所述MTC基带子系统的高速内部接口连接。

其中，所述MTC基带子系统还包括：与所述高速内部接口连接，用于运行高层协议栈软件的第一微控制单元。

其中，所述多个集成电路模块包括：数字前端处理模块、符号级处理模块以及比特级处理模块。

其中，所述应用处理器子系统包括第二微控制单元，所述第二微控制单元与所述MTC基带子系统的第一微控制单元复用。

其中，所述MTC基带子系统的多个集成电路模块采用硬件加速结构实现。

其中，所述传感器子系统包括一个或多个传感器。

其中，所述芯片架构设置有外设接口，所述传感器子系统中未设置的传感器能够通过所述外设接口与所述芯片的总线连接。

其中，所述无线连接子系统包括：无线保真模块、蓝牙模块和/或紫蜂模块。

本实用新型的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本实用新型实施例的芯片架构中，通过在单芯片内集成MTC基带、应用处理器、传感器以及电源管理，提高单芯片的集成度；使得单芯片的适用范围广，满足低功耗、低成本、超长待机等需求。

附图说明

图1表示本实用新型实施例提供的芯片架构的组成结构示意图；

图2表示本实用新型实施例提供的芯片架构中MTC基带的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

第一实施例

如图1所示，本实用新型的第一实施例提供一种芯片架构100，其特征在于，包括：所述芯片架构100上集成有多个子系统，所述多个子系统分别与所述芯片架构的总线连接，所述多个子系统包括：

机器类型通信MTC基带子系统1、应用处理器子系统2、传感器子系统3以及电源管理子系统4。

本实用新型的第一实施例在一单芯片上集成MTC基带子系统，应用处理器子系统，传感器子系统以及电源管理子系统，提高该单芯片的集成度，扩大其单芯片的适用范围。其中，每个子系统均与芯片架构的总线连接可实现各个子系统之间的互联及通信。

其中，电源管理子系统4用于实现对芯片架构的电源管理功能，包括打开、关闭、电压的缩放等，以及更细力度的管控，比如模块级别的关断等。通过电源管理子系统的宏观控制，保证芯片的低功耗。

其中，应用处理子系统2用于运行Android wear或者IOS操作系统，使得芯片能够满足物联网终端的要求。

进一步的，在该芯片架构100上还集成有：无线连接子系统5。该无线连接子系统5用于实现该芯片架构100的短距通信，包括无线保真模块WIFI、蓝牙模块和/或紫蜂模块Zigbee。

具体的，本实用新型的上述实施例中，所述MTC基带子系统1包括多个集成电路模块，所述多个集成电路模块之间通过所述MTC基带子系统的高速内部接口连接。该MTC基带子系统1包括多个集成电路模块即ASIC block模块，这些模块通过高速内部接口实现互联及通信。

进一步的，所述MTC基带子系统1还包括：与所述高速内部接口连接，用于运行高层协议栈软件的第一微控制单元。即高层协议栈软件运行在第一微控制单元MCU上。第一微控制单元MCU可以基于ARM或者其他架构。且，为了进一步降低芯片的面积，ASIC block的流程控制及参数配置可通过协议栈的协调来复用该第一微控制单元MCU。

进一步的，所述应用处理器子系统2包括第二微控制单元MCU，所述第二微控制单元MCU与所述MTC基带子系统的第一微控制单元复用。即为了进一步降低芯片的面积、功耗和成本，可以将第二微控制单元MCU与MTC基带子系统的第一微控制单元MCU复用；具体的，第一微控制单元MCU和第二微控制单元MCU采用相同的硬件，并通过时间、多线程等多个维度来实现不同的功能，从而达到不同的目的，在此不作详细描述。

具体的，所述MTC基带子系统的多个集成电路模块采用硬件加速结构实现。需要说明的是，基带通过加速器方案来实现，在功耗和面积方面均具有优势。

进一步的，所述传感器子系统包括一个或多个传感器。

且所述芯片架构设置有外设接口，所述传感器子系统中未设置的传感器能够通过所述外设接口与所述芯片的总线连接。

本实用新型的上述实施例中，由于传感器的种类众多，不可能将其全部集成进芯片，处于成本及通用性考虑，可将常用的温度、运动、压力、振动等类型的传感器集成在芯片上，而将与应用场景紧密相关的特殊传感器通过外置的方式实现，芯片架构100上预留相应的外设接口。

本实用新型第一实施例提供的芯片架构内集成将传感器、无线连接、MCU、电源管理以及MTC基带，集成度高，面积小、功耗低且适用范围广。该芯片架构面向众多细分市场，规模效应显著，芯片成本能够满足物联网终端的要求，即低功耗、低成本、超长待机等需求。

第二实施例

为了更清楚的描述本实用新型实施例提供的芯片架构，如图2所示，给出一种MTC基带的实施例，将MTC基带处理分成数字前端、符号级处理以及比特级处理，相应的，上述多个集成电路模块分别为：数字前端处理模块、符号级处理模块以及比特级处理模块。

其中，数字前端处理：实现对接收到的天线信号进行滤波及采样率转换、同步、自动增益控制(AGC)等功能；符号级处理：实现信号的时频域变换、信道估计、信号检测与解调等；比特级处理：实现解调后的软信息的信道解码功能，恢复原始比特的过程，并将解码之后的比特递交MCU协议栈进行后续的处理流程。

进一步的，如图2所示，该MTC基带还包括：与高速内部接口连接的射频接口、与高速内部接口连接的DMA引擎、与高速内部接口连接的动态随机存储器DRAM。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本实用新型的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。

另外，本文中术语“系统”和“网络”在本文中常可互换使用。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片架构，其特征在于，包括：所述芯片架构上集成有多个子系统，所述多个子系统分别与所述芯片架构的总线连接，所述多个子系统包括：

机器类型通信MTC基带子系统、应用处理器子系统、传感器子系统以及电源管理子系统。

2.根据权利要求1所述的芯片架构，其特征在于，所述芯片架构上还集成有：无线连接子系统。

3.根据权利要求1所述的芯片架构，其特征在于，所述MTC基带子系统包括多个集成电路模块，所述多个集成电路模块之间通过所述MTC基带子系统的高速内部接口连接。

4.根据权利要求3所述的芯片架构，其特征在于，所述MTC基带子系统还包括：与所述高速内部接口连接，用于运行高层协议栈软件的第一微控制单元。

5.根据权利要求3所述的芯片架构，其特征在于，所述多个集成电路模块包括：数字前端处理模块、符号级处理模块以及比特级处理模块。

6.根据权利要求4所述的芯片架构，其特征在于，所述应用处理器子系统包括第二微控制单元，所述第二微控制单元与所述MTC基带子系统的第一微控制单元复用。

7.根据权利要求3所述的芯片架构，其特征在于，所述MTC基带子系统的多个集成电路模块采用硬件加速结构实现。

8.根据权利要求1所述的芯片架构，其特征在于，所述传感器子系统包括一个或多个传感器。

9.根据权利要求8所述的芯片架构，其特征在于，所述芯片架构设置有外设接口，所述传感器子系统中未设置的传感器能够通过所述外设接口与所述芯片的总线连接。

10.根据权利要求2所述的芯片架构，其特征在于，所述无线连接子系统包括：无线保真模块、蓝牙模块和/或紫蜂模块。