CN217522003U - 一种集成uwb和bt功能的sip封装芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，包括UWB模块、蓝牙模块、第一晶振模块、第二晶振模块、以及外部接口模块，所述UWB模块与所述蓝牙模块通过总线连接，所述外部接口电路与所述UWB模块和蓝牙模块连接，所述第一晶振模块和第二晶振模块分别与所述UWB模块和蓝牙模块连接，各个模块系统级封装于多层机构的基板上。本实用新型将两种不同频率的定位技术芯片，集成为一个SIP芯片，具有低功耗、高集成度、结构紧凑、封装材料强度高、对外接口简单的特点，且SIP封装后的新芯片的定位精度高，有效改善了单一频率的定位芯片和技术存在的使用灵活性不足的问题，满足便携式产品在不同定位环境下多频段、多模块产品的小尺寸要求。

Description

一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片

技术领域

本实用新型涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片。

背景技术

UWB(Ultra Wide Band)技术是一种利用亚纳秒级超窄脉冲的无载波通信技术，其具有通信距离远、高数据传输速率、抗干扰能力强、功耗小等优势，在实际应用中能控制误差在30cm内，相对其他定位技术，UWB技术可以获得更高的定位精度和稳定性。然而，现有的UWB技术在室内定位多区域应用中需要部署大量基站，不利于快速部署，同时不利于在小区域例如隔间较多的办公区部署。

蓝牙AoA的定位方案特点是精度可以达到亚米级，且可以依赖于手机生态可以迅速铺开，在高精度定位技术中，蓝牙AoA在功耗、价格方面都有较为明显的优势。

目前的UWB和BT芯片主要是基于SOC的CSP封装技术和硬件应用平台，而这些硬件平台的硬件成本高，功耗大，信息处理和通讯能力有限。基于UWB技术和BT技术的产品因硬件平台不一样，应用算法互不兼容和统一，如何提供一种尺寸更小，精度更高的UWB+BT双频/多频定位芯片系统，成为有待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其将两种不同频率的定位技术芯片，集成为一个芯片，具有低功耗、高集成度、结构紧凑、封装材料强度高、对外接口简单的特点，且SIP封装后的新芯片的定位精度高，有效改善了单一频率的定位芯片和技术存在的使用灵活性不足的问题，满足便携式产品在不同定位环境下多频段、多模块产品的小尺寸要求。

一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，包括UWB模块、蓝牙模块、第一晶振模块、第二晶振模块、以及外部接口模块，所述UWB模块与所述蓝牙模块通过总线连接，所述外部接口电路与所述UWB模块和蓝牙模块连接，所述第一晶振模块和第二晶振模块分别与所述UWB模块和蓝牙模块连接，各个模块系统级封装于多层机构的基板上。

上述技术方案中，通过将UWB模块和蓝牙模块采用SIP工艺进行集成，形成一个双频点的、定位精度更合理、芯片功耗更低、集成度更高、结构强度更强的芯片系统，同时实现了模组的小型化，并且缩短了模组运行时的电流传输路径、降低了产品功耗。

进一步的，所述UWB模块、蓝牙模块、第一晶振模块、第二晶振模块、以及外部接口模块采用MUF方式进行SIP封装。

上述技术方案中，采用MUF方式进行SIP封装可以有效的缓解芯片、基板和焊料三者之间的特膨胀系数不匹配，增强封装体的热性能，还可以保护焊料凸点，提升封装体的力学性能。

进一步的，所述SIP封装具有尺寸为7mm*7mm*1.1mm的模封材质外壳。

上述技术方案中，模塑料外壳模具有稳定、耐高热高湿、耐腐蚀和高机械强度，以模塑料作为外壳的SIP封装可适用于各样的外界环境，并且不易损坏，提高了本实用新型的适用范围和使用安全性。

进一步的，所述外部接口模块包括48个外部接口引脚和一个接地脚，所述外部接口引脚包括电源接口、射频天线接口、通信接口、复位接口、GPIO功能接口、模拟数字转换接口、UWB和BT的收发天线接口中的任一种或组合。

上述技术方案中，48个外部接口引脚能够满足外部通信和连接需求，符合小型化产品的开发需求。

进一步的，所述外部接口模块分别对所述UWB模块和蓝牙模块进行多通道的单独供电。

上述技术方案中，UWB模块和蓝牙模块分别进行多通道的单独供电，且两者分别通过第一晶振模块和第二晶振模块起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用UWB模块和蓝牙模块，进行更合理的高精度定位，避免了单一芯片和技术存在的限制和误差，实现芯片加算法的优势。

进一步的，所述UWB模块包括ARM处理器、FLASH、RAM、UWB射频、RF前端、开关电路、PLL电路、以及晶振组件。

上述技术方案中，UWB模块可采用基于SOC封装的芯片，其具有完整的功能系统，通过与蓝牙模块封装形成芯片系统，实现了精确定位的功能，同时有利于模组的小型化。

进一步的，所述UWB模块的工作频段为6.25GHz~~8.25GHz。

进一步的，所述蓝牙模块的工作频段为2.4GHz。

进一步的，所述蓝牙模块采用AoA和AoD技术规范。

进一步的，所述总线包括内部时钟、UART、GPIO、以及I2C和ADC。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、针对现有的UWB和BT精确定位系统各自标准不同情况，将两者采用SIP工艺进行集成，形成一个双频点的、定位精度更合理，芯片功耗更低，集成度更高，结构强度更强的芯片系统。通过外部接口模块，能够连接外置的射频天线，构成一个低功耗的，高强度的双频定位与测距芯片。

2、利用UWB模块内置的ARM处理器，分别采用UWB和BT标准协议，UWB模块和蓝牙模块分别单独供电，且两者分别通过第一晶振模块和第二晶振模块起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用UWB模块和蓝牙模块，进行更合理的高精度定位，避免了单一芯片和技术存在的限制和误差，实现芯片加算法的优势。

3、通过SIP集成封装后的芯片，可以和终端用户的各种形式的射频天线组合，形成不同应用目的高精度定位模组系统，适用性强，应用范围广。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片的逻辑控制结构框图。

图2为本实用新型实施例的SIP芯片TOP的电路连接图。

图3为本实用新型实施例的SIP芯片BOTTOM层的电路连接图。

图4为本实用新型实施例的SIP芯片核心层的电路连接图。

图5为本申请实施例的采用SIP封装工艺完成后的芯片的机械结构尺寸图。

图6为本申请实施例的采用多UNIT拼版模封技术的SIP拼版的局部示意图。

图7为本实用新型实施例的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片内部功能示意图。

附图标号说明：UWB模块1、蓝牙模块2、第一晶振模块3、第二晶振模块4、外部接口模块5、总线6。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。

请参考图1，一较佳实施例中，本实用新型的一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，包括UWB模块1、蓝牙模块2、第一晶振模块3、第二晶振模块4、以及外部接口模块5。其中，UWB模块1与蓝牙模块2通过总线6连接，外部接口模块5与UWB模块1和蓝牙模块2连接，第一晶振模块3和第二晶振模块4分别与UWB模块1和蓝牙模块2连接，各个模块系统级封装于多层机构的基板上。

通过将UWB模块和蓝牙模块采用SIP工艺进行集成，形成一个双频点的、定位精度更合理、芯片功耗更低、集成度更高、结构强度更强的芯片系统，同时实现了模组的小型化，并且缩短了模组运行时的电流传输路径、降低了产品功耗。

具体的，UWB模块1采用现有的UWB模块芯片，如DW31XX系列，其工作频段优选为6.25~8.25GHz，UWB模块1内置ARM（Advanced RISC Machine）处理器，需要说明的是，ARM处理器采用UWB模块1内置，具体实施时，可根据实际需要选用不同型号的ARM处理器。在本实施例中，UWB模块1可采用基于SOC封装的芯片，其包括FLASH、RAM、UWB射频、RF前端、开关电路、PLL电路、以及晶振组件，具有完整的功能系统，通过与蓝牙模块封装形成芯片系统，实现了精确定位的功能，同时有利于模组的小型化。

UWB模块1用于基于TWR（双向测距）、TDOA（到达时间差）、PDOA（接收信号相位差）技术进行精确位置计算和厘米级定位、测距、侧向等功能，UWB模块1通过总线6连接蓝牙模块2，进行通讯和数据交互。在本实施例中，总线6包括内部时钟、UART（通用异步收发传输器）、GPIO（通用型之输入输出）、I2C和SPI，但不限于此。

蓝牙模块2采用AoA（到达角度）和AoD（到达角度）技术规范，在本实施例中，蓝牙模块2的工作频段优选为2.4GHz。需要说明的是，AoA 是利用单一天线发射寻向信号，而接收终端内置天线阵列，当信号通过时，会因阵列天线接收的距离不同而产生相位差，进而计算出信号的方向。AoD 则正好相反，由具备阵列天线的设备来发射信号，传给单一天线终端，接收终端可以通过接收到的信号计算出来波的方向，进而定位。

通过上述技术方案，UWB模块1能够实现测距和侧向功能，蓝牙模块2也能满足AOA和AOA技术规范，从而实现两种高精度定位技术的融合。

第一晶振模块3和第二晶振模块4能够分别提供UWB模块1和蓝牙模块2工作时的时钟频率，具体的，第一晶振模块3和第二晶振模块4由无源晶振、晶振控制芯片及电容共同组成，无源晶振具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，可通过基准频率来控制电 路中的频率准确性，从而支持模组工作电路的时钟稳定。

在本实施例中，UWB模块1通过外部接口模块5单独供电，并通过第一晶振模块3起振，蓝牙模块2通过外部接口模块5单独供电，并通过第二晶振模块4起振，这样能够实现UWB模块1和蓝牙模块2相互独立，在具体应用时，能够根据使用场景需要，同时或分别使用UWB模块1和蓝牙模块2进行更合理的高精度定位，避免单一芯片和技术存在的限制和误差，实现芯片加算法的优势，合理分配和控制系统功耗。

在本实施例中，UWB模块1、蓝牙模块2、第一晶振模块3、第二晶振模块4、以及外部接口模块6采用MUF方式进行SIP封装，以形成为一个整体的芯片。采用MUF方式进行SIP封装，能够提高UWB模块1和蓝牙模块2组合形成的高精度定位系统的可靠性，有效的缓解芯片、基板PCB和焊料三者之间的CTE（热膨胀系数）不匹配，增强封装体的热性能，还可以保护焊料凸点，提升封装体的力学性能。

为了更好地理解上述技术方案，SIP封装的具体流程如下：清洗完成SMT后的芯片和载板上的焊剂，在基板上SMT面芯片的一侧用针头或喷嘴滴涂底填胶，再通过毛细作用使底填胶完全填满芯片、焊点和基板之间的间隙，然后通过MOLDING（注塑成型）方法，使得固化底填料将每个芯片和基板牢固地结合起来。

请参考图2和图3，作为一种优选的实施方式，本申请的SIP封装具有尺寸为7mm*7mm*1.1mm的模封材质外壳。模塑料外壳模具有稳定、耐高热高湿、耐腐蚀和高机械强度，以模塑料作为外壳的SIP封装可适用于各样的外界环境，并且不易损坏，提高了本实用新型的适用范围和使用安全性。

封装优选采用QFN48结构，即封装后外部接口模块5包括48个外部接口引脚和一个接地引脚，其中，芯片四边的每条边上分别设有12个外部接口引脚。外部接口引脚包括电源接口、射频天线接口、通信接口、复位接口、GPIO功能接口、模拟数字转换接口、UWB和BT的收发天线接口中的任一种或多种组合。优选的，GPIO接口具备复用功能，可根据实际需要将此定义为I2C(串行总线接口)、SPI(串行外设通信接口)、PWM(脉冲宽度调制接口)等功能，满足了部分产品的开发需求。48个外部接口引脚能够满足外部通信和连接需求，符合小型化产品的开发需求。

在具体实施时，本申请实施例优选采用多UNIT拼版和模封技术控制技术，以实现最大生产效率和最低EMC材料损坏。

可以理解的，在具体实施时，上述芯片还包括外围器件，外围器件包括贴片电容，电阻和匹配电路的至少一种。其中，贴片电容、电阻和匹配电路等均为轻量型器件，满足本实用新型轻量化、小型化的需求。贴片电容、电阻和匹配电路等通过锡膏贴焊于芯片的基板上，并通过锡膏贴焊的方式与基板及其它元器件电气连接。

本申请针对现有的UWB和BT精确定位系统各自标准不同情况，将两者采用SIP工艺进行集成，形成一个定位精度更合理、更低功耗、更高集成度、结构强度更强的芯片系统。通过外部接口模块，能够连接外置的射频天线，构成一个低功耗的，高强度的双频定位与测距芯片。利用UWB模块内置的ARM处理器，分别采用UWB和BT标准协议，UWB模块和蓝牙模块分别单独供电，且两者分别通过第一晶振模块和第二晶振模块起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用UWB模块和蓝牙模块进行更合理的高精度定位，有效改善了单一频率的定位芯片和技术存在的使用灵活性不足的问题，实现芯片加算法的优势。通过SIP集成封装后的芯片，可以和各种形式的射频天线组合，形成不同应用目的高精度定位模组系统，适用性强，应用范围广。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，包括UWB模块、蓝牙模块、第一晶振模块、第二晶振模块、以及外部接口模块，所述UWB模块与所述蓝牙模块通过总线连接，所述外部接口电路与所述UWB模块和蓝牙模块连接，所述第一晶振模块和第二晶振模块分别与所述UWB模块和蓝牙模块连接，各个模块系统级封装于多层机构的基板上。

2.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述UWB模块、蓝牙模块、第一晶振模块、第二晶振模块、以及外部接口模块采用MUF方式进行SIP封装。

3.根据权利要求2所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述SIP封装具有尺寸为7mm*7mm*1.1mm的模封材质外壳。

4.根据权利要求2所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述外部接口模块包括48个外部接口引脚和一个接地脚，所述外部接口引脚包括电源接口、射频天线接口、通信接口、复位接口、GPIO功能接口、模拟数字转换接口、UWB和BT的收发天线接口中的任一种或组合。

5.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述外部接口模块分别对所述UWB模块和蓝牙模块进行多通道的单独供电。

6.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述UWB模块包括ARM处理器、FLASH、RAM、UWB射频、RF前端、开关电路、PLL电路、以及晶振组件。

7.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述UWB模块的工作频段为6.25GHz~~8.25GHz。

8.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述蓝牙模块的工作频段为2.4GHz。

9.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述蓝牙模块采用AoA和AoD技术规范。

10.根据权利要求1所述的集成UWB和BT功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述总线包括内部时钟、UART、GPIO、以及I2C和ADC。

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