CN214409043U - 芯片和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种芯片和电子设备，该芯片包括：主功能模块、温度检测模块、温度调节模块和温度控制电路，该温度检测模块靠近该主功能模块设置，该温度检测模块用于测量主功能模块的温度，该温度控制电路与该温度检测模块电连接，该温度调节模块与该温度控制电路电连接，该温度控制电路用于根据该温度检测模块测得的温度向该温度调节模块施加电压，该温度调节模块用于根据该温度调节模块施加的电压调节该芯片的温度。由此，通过设置温度检测模块、温度调节模块和温度控制电路，可以调整该主功能模块的温度，实现主功能模块在系统温度发生变化时，主功能模块的温度基本恒定，降低了主功能模块的温度漂移参数。

Description

芯片和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种芯片和电子设备。

背景技术

加速度传感器(acceleration transducer)是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

目前，在工业和信息与通信技术(information and communicationstechnology，ICT)领域，对加速度传感器的温度漂移(Temperature dirft)参数要求较高，一般要求温度漂移参数在全温范围内优于0.1mg/℃，其中，0.1mg/℃是指温度每变化一摄氏度，半导体器件参数变化0.1mg，然而现有的加速度传感器芯片只能达到0.25mg/℃。

实用新型内容

本申请实施例提供一种芯片和电子设备，解决了加速度传感器受温度影响较大的问题。

为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供一种芯片，包括：主功能模块、温度检测模块、温度调节模块和温度控制电路，该温度检测模块用于测量主功能模块的温度，该温度控制电路与该温度检测模块电连接，该温度调节模块与该温度控制电路电连接，该温度控制电路用于根据该温度检测模块测得的温度向该温度调节模块施加电压，所述温度控制电路用于根据所述主功能模块的温度，控制所述温度调节模块对所述主功能模块加热或降温。由此，通过设置温度检测模块、温度调节模块和温度控制电路，可以调整该主功能模块的温度，实现主功能模块在系统温度发生变化时，主功能模块的温度基本恒定，降低了主功能模块的温度漂移参数。

一种可选的实现方式中，所述芯片包括至少三层基底，其中，该温度调节模块设置在第一基底上，该温度检测模块设置在第二基底上，温度控制电路设置在第三基底上，该第一基底、该第二基底和该第三基底键合。由此，结构更简单。

一种可选的实现方式中，所述芯片包括至少二层基底，其中，该温度调节模块和该温度控制电路设置在第一基底上，该温度调节模块设置在第二基底上，该第一基底和该第二基底键合。由此，该温度调节模块和该温度控制电路设置在同一基底上，更节省空间。

一种可选的实现方式中，该温度调节模块和该温度控制电路之间设有绝缘层。由此，避免该温度调节模块和该温度控制电路相互干扰。

一种可选的实现方式中，该芯片还包括：主控制电路，该主功能模块和该温度检测模块设置在同一基底上，该主控制电路和该温度控制电路设置在同一基底上。由此，该主功能模块和该温度检测模块设置在同一基底上，该主控制电路和该温度控制电路设置在同一基底上，更节省芯片内部空间。

一种可选的实现方式中，该主功能模块包括：微机电系统MEMS加速度传感器。

一种可选的实现方式中，该温度调节模块为半导体制冷器。

一种可选的实现方式中，该温度检测模块为：温度传感器。

一种可选的实现方式中，该温度调节模块位于该温度检测模块和该温度控制电路之间，该温度控制电路还用于控制该温度调节模块靠近该主控制电路的一侧制冷。由此，温度调节模块靠近电路的一侧制冷，使温度控制电路电路工作在低温状态，对应的电路噪声更低。

一种可选的实现方式中，该温度控制电路还用于当该主功能模块的温度小于预设温度阈值时，控制该温度调节模块对所述主功能模块加热；该温度控制电路还用于当该主功能模块的温度大于该预设温度阈值时，控制该温度调节模块对所述主功能模块制冷；该温度控制电路还用于当该主功能模块的温度在该预设温度阈值内时，断开该温度调节模块。由此，在该模式下，温度调节模块在主功能模块温度高于第一温度阈值或低于第一温度阈值时工作，当主功能模块的温度在第一温度阈值内时关闭，器件处于常闭状态，系统总体功耗较小。

一种可选的实现方式中，该芯片还包括：壳体，所述芯片还包括壳体，所述主功能模块、所述温度检测模块、所述温度调节模块、所述温度控制电路设置在所述壳体内。由此，该课题可以保护该芯片。

本申请实施例的第二方面，提供一种电子设备，该电子设备包括电路板以及如上该的芯片；该电路板与该芯片通过焊球电连接。

附图说明

图1为一种芯片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种芯片的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种芯片的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种芯片的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种芯片的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种芯片的控制方法流程图；

图8为本申请实施例提供的另一种芯片的控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

为了方便理解本申请实施例提供的芯片，下面首先介绍一下该芯片的应用场景，其中，该芯片例如为加速度传感器，该加速度传感器用于智能终端。该智能终端具体可以为：手机、平板电脑、桌面型、膝上型、手持计算机、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-mobile Personal Computer，UMPC)、上网本、蜂窝电话、以及个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等终端。

在这些智能终端中，加速度传感器例如可以实现汽车安全(加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面)、游戏控制(加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制，就变得很简单)、图像自动翻转(用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显示图像的转正)、电子指南针倾斜校正、GPS导航系统死角的补偿、计步器功能(加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动，人在走动的时候会产生一定规律性的振动，而加速度传感器可以检测振动的过零点，从而计算出人所走的步或跑步所走的步数，从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗)、防手抖功能(用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度，当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门，使所拍摄的图像永远是清晰的)、闪信功能(通过挥动手持设备实现在空中显示文字，用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象，用加速度传感器检测挥动的周期，实现所显示文字的准确定位)、设备或终端姿态检测(加速度传感器和陀螺仪通常称为惯性主功能模块，常用于各种设备或终端中实现姿态检测，运动检测等，也就很适合玩体感游戏的人群。加速度传感器利用重力加速度，可以用于检测设备的倾斜角度，但是它会受到运动加速度的影响，使倾角测量不够准确，所以通常需利用陀螺仪和磁主功能模块补偿。同时磁主功能模块测量方位角时，也是利用地磁场，当系统中电流变化或周围有导磁材料时，以及当设备倾斜时，测量出的方位角也不准确，这时需要用加速度传感器(倾角主功能模块)和陀螺仪进行补偿)。

其中，图1为一种芯片的结构示意图，如图1所示，该芯片包括：主功能模块101，以及与该主功能模块101连接的主控制电路102。

然而，包括加速度传感器在内的多种芯片，对温度较为敏感，当温度过高或过低时，灵敏度降低，影响检测精度。

本申请实施例提供一种芯片，如图2所示，该芯片包括：主功能模块101和主控制电路101，还包括：温度检测模块201、温度调节模块203和温度控制电路202。

所述温度检测模块201用于测量主功能模块101的温度，所述温度控制电路202与所述温度检测模块201电连接，且所述温度控制电路202与所述温度调节模块203电连接。

所述温度控制电路202用于根据所述主功能模块101的温度，控制所述温度调节模块203对所述主功能模块101加热或降温。

其中，所述主功能模块101可以是采用微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)工艺成型的传感器，例如可以是MEMS加速度传感器，该MEMS传感器与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。

其中，该主功能模块对温度较为敏感。在本申请另一些实施例中，该主功能模块101还可以是其他对温度较为敏感的器件，例如还可以是晶体振荡器。

温度检测模块201可以是温度传感器(temperature sensor)，温度传感器例如可以用于获取主功能模块101的温度T，并将获取到的温度发送给温度控制电路202。

示例性的，温度传感器例如可以是设置在主功能模块101上的温度计，该温度计能够采集主功能模块101的温度，并将采集到的温度转化为电信号发送给温度控制电路202。

该温度传感器例如还可以是热电偶，该热电偶例如可以是由2种不同成分材质的导体组成的闭合回路，该热电偶例如集成在主功能模块101上，并与温度控制电路202电连接，当热电偶两端相互连接时，由于材质不同，不同的电子密度产生电子扩散，稳定均衡后就产生了电势。当两端存在梯度温度时，产生热电动势，回路中就会有电流产生，温度差越大，电流就会越大。温度控制电路202可根据该热电偶中电流的大小获得主功能模块101的温度。

温度控制电路202可以将温度T和预先存储的预设温度阈值进行比较，并根据所述温度检测模块201测得的温度向所述温度调节模块203施加电压。

温度调节模块203可以采用半导体制冷器(ThermoelectricCooler，TEC)，TEC是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。需要说明的是，珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。TEC包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间。当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生热侧和冷侧。

其中，当温度控制电路202向TEC施加电压时，TEC的一侧制热，另一侧制冷。

所述温度控制电路202用于根据所述主功能模块101的温度，控制所述温度调节模块203对所述主功能模块101加热或降温，包括：

所述温度控制电路202用于根据所述温度检测模块201测得的温度向所述温度调节模块203施加电压，使得所述温度调节模块203靠近所述主功能模块101的一侧制热或制冷。

在本申请一些实施例中，如图3所示，该芯片还包括：外壳10，所述外壳10围设成第一空间，所述芯片设置于所述第一空间中。该外壳10可以采用模塑料(Molding Compound，MC)，将芯片封装于电路板上。

本申请实施例对上述主功能模块101的内部结构不错限制。

其中，在本申请一些实施例中，所述主功能模块101和所述温度检测模块201设置在同一基底上，所述主控制电路102和所述温度控制电路202设置在同一基底上。可以节省芯片内部空间，有利于设备小型化。

在本申请一些实施例中，如图4所示，所述温度检测模块201设置在第一基底001上，所述温度调节模块203设置在第二基底002上，温度控制电路202设置在第三基底003上，所述第一基底001、所述第二基底002和所述第三基底003键合。

其中，所述第一基底001、所述第二基底002和所述第三基底003可以是硅片。

成型该芯片时，可以先在第一基底001生成主功能模块101的主控制电路102，接着生成温度控制电路202。该主功能模块101的主控制电路102例如包括：数据处理电路和传感器控制电路。该温度控制电路202例如包括：TEC主控制电路和温度信号处理电路。主控制电路102和温度控制电路202可以统称为专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，AISC)。

接着可以在第二基底002上生成温度调节模块。

在第三基底003上生成主功能模块101，并生成温度检测模块201。其中，主功能模块101可以是梳齿电容，温度检测模块201可以是PN结。

还可以将所述第一基底001、所述第二基底002和所述第三基底003层叠设置，并通过键合的方式组合在一起，最后设置壳体10进行塑封，形成独立芯片。

该芯片在出厂前，还可以关闭温度调节模块，校准主功能模块101和温度检测模块201，完成出厂测试，产出合格传感器芯片。

在本申请的另一些实施例中，如图5所示，所述温度检测模块201设置在第一基底001上，所述温度调节模块203和所述温度控制电路202设置在第二基底002上，所述第一基底001和所述第二基底002键合。

所述温度调节模块203和所述温度控制电路202之间设有绝缘层。

成型该芯片时，可以先在第一基底001生成主功能模块101的主控制电路102，接着生成温度控制电路。该温度控制电路例如包括：TEC主控制电路和温度信号处理电路。

还可以在上述第一基底001上生成绝缘层，并在第绝缘层上继续生成温度调节模块203。

在第二基底002上生成主功能模块101，并生成温度检测模块201。其中，主功能模块101可以是梳齿电容，温度检测模块201可以是PN结。

接着将所述第一基底001、所述第二基底002层叠设置，并通过键合的方式组合在一起，最后可以设置壳体10进行塑封，形成独立芯片。

该芯片在出厂前，还可以关闭温度调节模块，校准主功能模块101和温度检测模块201，完成出厂测试，产出合格传感器芯片。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括电路板以及如上所述的任意一种芯片01。在此情况下，如图6所示，该芯片01通过焊球03与电路板02电连接，从而可以实现芯片01与该电子设备中的电子系统进行信号传输。

需要说明的是，上述电子设备具有与前述实施例提供的芯片封装结构01相同的技术效果，此处不再赘述。

本申请实施例对该主功能模块101的工作模式不做限制。在本申请一些实施例中，该芯片工作于第一模式：

该芯片工作时，所述温度检测模块201用于获取所述主功能模块101的温度T，并将所述温度T发送给所述温度控制电路202。

所述温度控制电路202用于比较所述温度T和第一温度阈值，第一温度阈值例如为t1-t2的温度范围。当所述温度T小于所述第一温度阈值时，所述主控制电路控制所述温度调节模块203加热所述主功能模块101。其中，所述第一温度阈值为所述电路板的工作温度，在该温度下，电路板及设置在电路板上的器件可以正常工作。第一温度阈值例如为65℃-70℃。

需要说明的是，所述温度T小于所述第一温度阈值，指的是温度T小于第一温度阈值的最低温度t1。

其中，所述温度控制电路202控制所述温度调节模块203加热所述主功能模块101包括：温度控制电路202向温度调节模块203施加反向电压，使得靠近主功能模块101的温度调节模块203侧制热，给主功能模块101升温，使得主功能模块101的温度向t1靠近。

当所述温度T大于所述第一温度阈值时，所述主控制电路控制所述温度调节模块203制冷。

需要说明的是，所述温度T大于所述第一温度阈值，指的是温度T大于第一温度阈值的最高温度t2。

其中，所述主控制电路控制所述温度调节模块203制冷包括：温度控制电路202给温度调节模块203施加正向电压，使得靠近主功能模块的温度调节模块203侧制冷，给主功能模块降温，使主功能模块的温度向t2靠近。

当主功能模块的温度在第一温度阈值内时，温度调节模块203电路处于关闭状态。

由此，在第一模式下，温度调节模块203在主功能模块温度高于第一温度阈值或低于第一温度阈值时工作，当主功能模块的温度在第一温度阈值内时关闭，器件处于常闭状态，系统总体功耗较小。

在本申请另一些实施例中，该主功能模块101工作于第二模式：

该主功能模块101工作时，所述温度检测模块201用于获取所述主功能模块101的温度T，并将所述温度T发送给所述主控制电路。

所述主控制电路用于比较所述温度T和第二温度阈值，当所述温度T小于第二温度阈值时，所述主控制电路控制所述温度调节模块203加热所述主功能模块101。第二温度阈值例如可以为t3-t4的温度范围。

其中，所述第二温度阈值大于所述单板的最大工作温度，第二温度阈值例如为110℃-115℃。

所述主控制电路控制所述温度调节模块203加热所述主功能模块101包括：温度控制电路202向温度调节模块203施加反向电压，使得温度调节模块203靠近主功能模块的一侧制热，给主功能模块升温，使得主功能模块的温度向t3靠近。

其中，由于工作温度区间设置在单板温度之上，则温度控制电路202常态给温度调节模块203施加反向电压。

当所述温度T位于第二温度阈值内或大于所述第二温度阈值时，所述主控制电路控制所述温度调节模块203断开。

其中，所述主控制电路控制所述温度调节模块203断开包括：在主功能模块101的温度高于t3时，主控制电路关断温度调节模块203电源，主功能模块降温，使主功能模块101的温度维持在t3-t4之间。

由此，在该工作模式下，主控制电路常态给温度调节模块203施加反向电压，温度调节模块203靠近主功能模块的一侧制热，温度调节模块203靠近主控制电路的一侧制冷，使主控制电路工作在低温状态，对应的电路噪声更低，主功能模块101的整体性能最佳。

本申请实施例还提供一种芯片的控制方法，如图7所示，该方法包括以下步骤：

S101、获取主功能模块的温度T。

其中，在初始状态下，所述温度调节模块处于关断状态。需要说明的是，该电子设备在出厂前存储有预设的温度阈值，该芯片工作时，用户可以选择使用该预设温度阈值，也可以重新配置新的温度阈值，该预设温度阈值例如为第一温度阈值。

S102、判断温度T和第一温度阈值[t1，t2]的关系。

其中，该第一温度阈值例如为电子设备的单板工作时的温度，在该温度下，电路板及设置在电路板上的器件可以正常工作。

S103、若T＜t1，通过温度调节模块加热主功能模块。

其中，通过温度调节模块加热主功能模块，包括：温度控制电路202向温度调节模块203施加反向电压，使得靠近主功能模块101的温度调节模块203侧制热，给主功能模块101升温，使得主功能模块101的温度向t1靠近。

S104、若T＞t2，通过温度调节模块给主功能模块制冷。

其中，通过温度调节模块给主功能模块制冷，包括：温度控制电路202给温度调节模块203施加正向电压，使得靠近主功能模块的温度调节模块203侧制冷，给主功能模块降温，使主功能模块的温度向t2靠近。

S105、若t1＜T＜t2，保持关断温度调节模块。

其中，在初始状态时，温度调节模块处于关闭状态，当主功能模块的温度在第一温度阈值内时，则温度调节模块不工作。

由此，在该模式下，温度调节模块203在主功能模块温度高于第一温度阈值或低于第一温度阈值时工作，当主功能模块的温度在第一温度阈值内时关闭，也即，只要主功能模块的温度在电路板的工作温度内，器件处于常闭状态，系统总体功耗较小。

本申请实施例还提供另一种芯片的控制方法，如图8所示，该方法包括以下步骤：

S201、通过温度调节模块加热主功能模块。

需要说明的是，该电子设备在出厂前存储有预设的温度阈值，该芯片工作时，用户可以选择使用该预设温度阈值，也可以重新配置新的温度阈值，该预设温度阈值例如为第一温度阈值。其中，在初始状态下，所述温度调节模块处于开启状态。

S202、获取主功能模块的温度T。

其中，可以通过温度检测模块201实时测量主功能模块的温度。

S203、判断温度T和第二温度阈值[t3，t4]的关系。

其中，该第二温度阈值高于电子设备的电路板工作时的温度。

S204、若T＜t3，通过温度调节模块加热主功能模块。

其中，通过温度调节模块加热主功能模块，包括：温度控制电路202向温度调节模块203施加反向电压，使得温度调节模块203靠近主功能模块的一侧制热，给主功能模块升温，使得主功能模块的温度向t3靠近。

其中，由于工作温度区间设置在单板温度之上，则温度控制电路202常态给温度调节模块203施加反向电压。

在本申请一些实施例红，该温度调节模块位于该温度检测模块和该温度控制电路之间，温度调节模块203靠近主功能模块的一侧制热时，温度调节模块203靠近主控制电路的一侧制冷。由此，温度调节模块靠近电路的一侧制冷，使温度控制电路电路工作在低温状态，对应的电路噪声更低。

S205、若T＞t3，关断温度调节模块。

其中，关断温度调节模块包括：在主功能模块101的温度高于t3时，主控制电路关断温度调节模块203电源，主功能模块降温，使主功能模块101的温度维持在t3-t4之间。

由此，在该工作模式下，主控制电路常态给温度调节模块203施加反向电压，温度调节模块203靠近主功能模块的一侧制热，温度调节模块203靠近主控制电路的一侧制冷，使主控制电路工作在低温状态，对应的电路噪声更低，主功能模块101的整体性能最佳。

可以理解的是，上述智能终端等为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种芯片，其特征在于，包括：主功能模块；

温度检测模块，所述温度检测模块用于获取所述主功能模块的温度；

温度控制电路，所述温度控制电路与所述温度检测模块电连接；

温度调节模块，所述温度调节模块与所述温度控制电路电连接，所述温度控制电路用于根据所述主功能模块的温度，控制所述温度调节模块对所述主功能模块加热或降温。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片包括至少三层基底，其中，所述温度调节模块设置在第一基底上，所述温度检测模块设置在第二基底上，所述温度控制电路设置在第三基底上，所述第一基底、所述第二基底和所述第三基底键合。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片包括至少二层基底，其中，所述温度调节模块和所述温度控制电路设置在第一基底上，所述温度调节模块设置在第二基底上，所述第一基底和所述第二基底键合。

4.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述温度调节模块和所述温度控制电路之间设有绝缘层。

5.根据权利要求1-3任一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：主控制电路，所述主控制电路与所述主功能模块电连接，所述主功能模块和所述温度检测模块设置在同一基底上，所述主控制电路和所述温度控制电路设置在同一基底上。

6.根据权利要求5所述的芯片，其特征在于，所述温度调节模块设置在所述主功能模块和所述主控制电路之间。

7.根据权利要求1-4、6任一项所述的芯片，其特征在于，所述主功能模块为：微机电系统MEMS传感器、晶体振荡器中的一种。

8.根据权利要求1-4、6任一项所述的芯片，其特征在于，所述温度控制电路还用于当所述主功能模块的温度处于预设温度阈值内时，断开所述温度调节模块。

9.根据权利要求1-4、6任一项所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括壳体，所述主功能模块、所述温度检测模块、所述温度调节模块、所述温度控制电路设置在所述壳体内。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括电路板以及如权利要求1-9任一项所述的芯片；

所述电路板与所述芯片电连接。

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