CN218918887U - 一种集成通信功能的sip封装芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成通信功能的SIP封装芯片，包括分别与外部接口模块通讯连接的集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块；所述外部接口模块通过电源供电模块分别对集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块进行多通道的独立供电；各个模块或单元封装于多层电路板的基板上。本实用新型有效改善了单一频率的通信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通信环境下多频段、多模块产品的小尺寸要求。

Description

一种集成通信功能的SIP封装芯片

技术领域

本实用新型涉及近场通信技术领域，具体而言，涉及一种集成通信功能的SIP封装芯片。

背景技术

NFC(Near Field Communication)NFC（Near Field Communication）即近距离无线通讯技术（近场通信），是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备消费类电子产品等设备间进行近距离无线通信。其中松耦合的电感电路可用于在极短距离内的设备之间共享电力和数据，仅在几厘米之内。通过 NFC 可实现移动支付、身份认证、交通卡充值、交通卡余额查询、数据传输、应用程序等共享等功能。车载NFC（近场通信）钥匙，是指NFC 钥匙必须贴在车载感应器 1-2 厘米的距离进行刷卡才能感应到进行开锁动作。

BLE的通信方案是利用蓝牙5.1技术协议的安全配对连接方式，且可以依赖于手机生态可以迅速铺开，在高精度通信技术中，BLE通信在功耗、价格方面都有较为明显的优势。车载BLE（蓝牙）钥匙，体验和 PEPS 差不多，和PEPS 的区别在于，主要通过蓝牙通信，把手机变成了汽车的虚拟钥匙，替代了原来传统汽车实体控制钥匙。蓝牙通信主要是靠识别信号的强弱来测距，所以定位的精度较低，一般是 1-3 米，若是10m 以外，蓝牙技术的定位功能，就没有精度可言了，因此定位精度低是一般蓝牙钥匙最大的缺陷。

CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络，具有极强的抗干扰和纠错能力，在汽车领域广泛应用。

目前的NFC、BLE、CAN收发器芯片主要是基于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NFC技术和BLE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NFC+BLE+CAN多频通信车载电子控制芯片系统，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通信功能的SIP封装芯片，其将两种不同频率的近场无线通信技术芯片和CAN通信模块，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封装后的新芯片的通信精度高，感应距离准确，有效改善了单一频率的通信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通信环境下多频段、多模块产品的小尺寸要求。

本实用新型提供一种集成通信功能的SIP封装芯片，所述SIP封装芯片至少包括：

分别与外部接口模块通讯连接的集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块。

所述外部接口模块通过电源供电模块分别对集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块进行多通道的独立供电。

各个模块或单元封装于多层电路板的基板上。

上述技术方案中，通过将集成通讯单元、硬件复位监控模块、CAN通信模块以及外部接口模块等硬件电路，采用系统级封装工艺进行集成，形成一个多模态的、通信信号时延和使用者定位精度更合理、芯片功耗更低、系统集成度更高以及产成品结构强度更强的新型芯片系统，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、保证内部模块间通信的可靠性，该SIP封装芯片可应用于新型车载电子的PEPS（Passive Entry Passive Start）无钥匙进入与无钥匙启动系统中。

进一步的，所述集成通讯单元至少包括：

与第一晶振模块通讯连接的NFC模块。

分别与第二晶振模块以及第三晶振模块通讯连接的BLE模块。

进一步的，所述NFC模块的工作频段为13.56MHz。

进一步的，所述BLE模块的工作频段为2.4GHz。

上述技术方案中，将两种无线通信系统和CAN通信模块采用系统级封装工艺进行集成，形成一个双频点的、多种通信方式，通信信号时延和使用者定位精度更合理，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，能够更灵活的连接外置射频天线，构成一个低功耗的，同时预留CAN通信，高灵感度的双频通信与近场感应新型SIP封装芯片。

进一步的，所述各个模块或单元封装于多层电路板的基板上，具体包括：所述NFC模块、BLE模块、第一晶振模块、第二晶振模块、第三晶振模块、硬件复位监控模块、CAN通信模块以及外部接口模块采用MUF方式系统级封装于四层电路板的基板上。

上述技术方案中，采用MUF方式进行系统级封装可以有效的缓解芯片、基板和焊料三者之间的膨胀系数不匹配，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BLE模块至少包括：ARM处理器、FLASH、RAM、RF前端、数字处理、开关电路、PLL电路以及3个晶振组件。

上述技术方案中，NFC模块以及BLE模块均可以采用基于SOC封装的成品芯片，其具有完整的功能系统，通过与BLE模块和CAN通信模块封装形成新型的SIP封装芯片系统，实现了精确通信的功能，同时有利于模组的小型化。

进一步的，所述BLE模块采用蓝牙5.1和OTA技术规范。

进一步的，所述外部接口模块至少包括：64PIN接口引脚和一个接地散热焊盘引脚，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、NFC和BLE的收发天线接口中的任一种或组合。

上述技术方案中，64PIN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CAN通信模块包括内部时钟、UART、GPIO、RESET、CAN、SPI以及ADC。

进一步的，所述SIP封装芯片还包括尺寸为20mm*20mm*1.5mm的模封材质外壳。

上述技术方案中，采用模塑料外壳模组有稳定、耐高热高湿、耐腐蚀和高机械强度，以模塑料作为外壳的系统级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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、针对现有分立式的NFC和BLE精确通信系统各自标准不同情况，将两种无线通信系统和CAN通信模块采用系统级封装工艺进行集成，形成一个双频点的、多种通信方式、通信时延和定位精度更合理、芯片功耗更低、集成度更高以及结构强度更强的芯片系统；通过外部接口模块，能够更灵活的连接外置射频天线，构成一个低功耗的，同时预留CAN通信，高灵感度的双频通信与近场感应新型SIP封装芯片。

2、利用BLE模块内置的ARM处理器，分别采用NFC和BLE5.1标准协议，NFC模块和BLE模块分别单独供电，且两者分别通过第一晶振模块、第二晶振模块和第三晶振模块起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用NFC模块和BLE模块，进行更合理的双频通信与近场感应，同时预留CAN通信，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、通过系统级封装集成封装后的芯片，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通信模组系统，适用性强，应用范围广。

附图说明

图1为本实用新型实施例的集成通信功能的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封装芯片TOP层的电路连接图。

图3为本实用新型实施例的SIP封装芯片BOTTOM层的电路连接图。

图4为本实用新型实施例的SIP封装芯片核心层的电路连接图。

图5为本实用新型实施例采用多UNIT拼版模封技术的系统级封装拼版图局部。

图6为本实用新型实施例的集成NFC和BLE功能的系统级封装封装芯片内部功能示意图。

图7为本申请实施例的采用系统级封装封装工艺完成后的芯片的机械结构尺寸图。

附图标号说明：

集成通讯单元100、NFC模块101、BLE模块102、第一晶振模块103、第二晶振模块104、第三晶振模块105、硬件复位监控模块200、CAN通信模块300、外部接口模块400、电源供电模块401。

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至图7，本实施例中，本实用新型提供一种集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述SIP封装芯片至少包括：

分别与外部接口模块400通讯连接的集成通讯单元100、硬件复位监控模块200以及CAN通信模块300。

所述外部接口模块400通过电源供电模块401分别对集成通讯单元100、硬件复位监控模块200以及CAN通信模块300进行多通道的独立供电。

各个模块或单元封装于多层电路板的基板上。

具体实施过程中，通过将集成通讯单元100、硬件复位监控模块200、CAN通信模块300以及外部接口模块400等硬件电路，采用系统级封装工艺进行集成，形成一个多模态的、通信信号时延和使用者定位精度更合理、芯片功耗更低、系统集成度更高、产成品结构强度更强的新型芯片系统，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、保证内部模块间通信的可靠性。

应当理解的是，该SIP封装芯片可应用于新型车载电子的PEPS无钥匙进入与无钥匙启动系统中。

在本实施例中，所述集成通讯单元100至少包括：

与第一晶振模块103通讯连接的NFC模块101。

分别与第二晶振模块104以及第三晶振模块105通讯连接的BLE模块102。

在本实施例中，所述NFC模块101的工作频段为13.56MHz。

在本实施例中，所述BLE模块102的工作频段为2.4GHz。

具体实施过程中，将两种无线通信系统和CAN通信模块300采用系统级封装工艺进行集成，形成一个双频点的、多种通信方式，通信信号时延和使用者定位精度更合理，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400，能够更灵活的连接外置射频天线，构成一个低功耗的，同时预留CAN通信，高灵感度的双频通信与近场感应新型SIP封装芯片。

请参考图2至图4，在本实施例中，所述NFC模块101、BLE模块102、第一晶振模块103、第二晶振模块104、第三晶振模块105、硬件复位监控模块200、CAN通信模块300以及外部接口模块400采用MUF方式系统级封装于四层电路板的基板上。

具体实施过程中，采用MUF方式进行系统级封装可以有效的缓解芯片、基板和焊料三者之间的膨胀系数不匹配，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，系统级封装封装的具体流程如下：清洗完成SMT后的芯片和系统元器件以及载板上的焊剂，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5,在具体实施时，本申请实施例优选采用多UNIT拼版和系统级封装模封控制技术，以实现最大生产效率和最低EMC材料损耗；其中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。

请参考图6，具体的，封装优选采用QFN64结构，即封装后，整个模块外部接口包括64个外部接口引脚PIN和一个散热接地焊盘引脚，其中，芯片四边的每条边上分别设有16个外部接口引脚PIN。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、NFC和BLE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；64个外部接口引脚PIN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。

通过上述技术方案，NFC模块101能够实现接近感应，BLE模块102实现开放式的近场感应，从而实现两种高精度通信技术的融合，在终端设备有电的情况下使用BLE通信技术，在没有供电的情况下可以使用NFC接近感应技术，同时还有CAN通信和硬件复位监控功能。

其中，第一晶振模块103和第二晶振模块104为BLE模块102提供工作时的时钟频率，第三晶振模块105为NFC模块101提供工作时的时钟频率，具体的，第一晶振模块103、第二晶振模块104和第三晶振模块105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。

具体的，NFC模块101通过电源供电模块401单独供电，并通过第三晶振模块105起振，BLE模块102通过电源供电模块401单独供电，并通过第一晶振模块103和第二晶振模块104起振，然后CAN通信模块300通过电源供电模块401单独供电，这样能够实现NFC模块101、BLE模块102和CAN通信模块300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NFC模块101、BLE模块102和CAN通信模块300进行更合理的高精度通信，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。

示例性的，NFC模块101采用现有的NFC模块101芯片，如ST25R3920系列，其工作频段为13.56MHz，一种车规级高性能NFC通用器件，它支持NFC发起设备、NFC目标、NFC读卡器和NFC卡仿真模式；具有较高的射频功率和动态功率输出，可直接高效驱动射频天线，即使在门把手中常见的天线尺寸很小，也能实现较大的相互作用距离。该器件包含的附加功能，使其特别适用于低功耗应用。通过执行天线信号幅度或相位的测量来提供低功耗检卡测试，同时将功耗降至最低；另外，它包含一个低功耗电容传感器用于检卡测试场景，而无需开启读卡器功能，通过与BLE模块102封装形成芯片系统，实现了精确通信和定位感应的功能，同时有利于模组的小型化，而且NFC要求装置处于接近的位置，因而避免了MITM入侵攻击的问题；NFC模块101也可以通过外部总线连接其他的BLE模块102，进行通讯和数据交互。

示例性的，BLE模块102采用采用蓝牙5.1，以支持BLE所需的复杂安全操作，允许方便地连接蓝牙智能手机，平板电脑，笔记本电脑，支持BLE从和主模式操作，包括广播，加密，连接更新，和通道地图更新；还具有硬件OTA升级支持和多重引导切换，允许方便的产品功能的推出和升级。在本实施例中，BLE模块102的工作频段优选为2.4GHz。

在本实施例中，所述BLE模块102至少包括：ARM处理器、FLASH、RAM、RF前端、数字处理、开关电路、PLL电路以及3个晶振组件。

具体实施过程中，NFC模块101以及BLE模块102均可以采用基于SOC封装的成品芯片，其具有完整的功能系统，通过与BLE模块102和CAN通信模块300封装形成新型的SIP封装芯片系统，实现了精确通信和定位感应的功能，同时有利于模组的小型化。

在本实施例中，所述BLE模块102采用蓝牙5.1和OTA技术规范。

在本实施例中，所述外部接口模块400至少包括：64PIN接口引脚和一个接地散热焊盘引脚，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、NFC模块和BLE模块的收发天线接口中的任一种或组合。

具体实施过程中，64PIN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。

在本实施例中，所述CAN通信模块300包括内部时钟、UART、GPIO、RESET、CAN、SPI以及ADC。

其中，CAN通信模块300和硬件复位监控引出外部通信引脚，可以与其他设备进行通信和硬件状态检测。

作为一种优选的实施方式，所述SIP封装芯片还包括尺寸为20mm*20mm*1.5mm的模封材质外壳；请参考下表以及图7，为本申请实施例的采用系统级封装封装工艺完成后的芯片的机械结构尺寸表以及尺寸图。

具体实施过程中，采用模塑料外壳模组有稳定、耐高热高湿、耐腐蚀和高机械强度，以模塑料作为外壳的系统级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。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、针对现有分立式的NFC和BLE精确通信系统各自标准不同情况，将两种无线通信系统和CAN通信模块300采用系统级封装工艺进行集成，形成一个双频点的、多种通信方式、通信时延和定位精度更合理、芯片功耗更低、集成度更高以及结构强度更强的芯片系统；通过外部接口模块400，能够更灵活的连接外置射频天线，构成一个低功耗的，同时预留CAN通信，高灵感度的双频通信与近场感应新型SIP封装芯片。

2、利用BLE模块102内置的ARM处理器，分别采用NFC和BLE5.1标准协议，NFC模块101和BLE模块102分别单独供电，且两者分别通过第一晶振模块103、第二晶振模块104和第三晶振模块105起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用NFC模块101和BLE模块102，进行更合理的双频通信与近场感应，同时预留CAN通信，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、通过系统级封装集成封装后的芯片，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通信模组系统，适用性强，应用范围广。

综上所述，本申请针对现有的NFC、BLE和CAN精确通信系统各自标准不同情况，将三者采用系统级封装工艺进行集成，形成一个通信时延和定位精度更合理，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400，能够连接外置的射频天线，构成一个低功耗的，具有CAN通信，有硬件复位监控功能，高强度的近场无线通信技术芯片。利用BLE模块102内置的ARM处理器，分别采用NFC、BLE标准协议和CAN通信协议，NFC模块101、BLE模块102和CAN通信模块300分别单独供电，且前面两者分别通过第一晶振模块103、第二晶振模块104和第三晶振模块105起振，使得芯片能够根据使用场景需要，同时或分别使用NFC模块101、BLE模块102和CAN通信模块300进行更合理的高精度通信，有效改善了单一频率的通信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。通过系统级封装集成封装后的芯片，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车载通信模组系统，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)

1.一种集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述SIP封装芯片至少包括：

分别与外部接口模块通讯连接的集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块；

所述外部接口模块通过电源供电模块分别对集成通讯单元、硬件复位监控模块以及CAN通信模块进行多通道的独立供电；

各个模块或单元封装于多层电路板的基板上。

2.根据权利要求1所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述集成通讯单元至少包括：

与第一晶振模块通讯连接的NFC模块；

分别与第二晶振模块以及第三晶振模块通讯连接的BLE模块。

3.根据权利要求2所述的集成通信功能的SIP封装芯片，所述NFC模块、BLE模块、第一晶振模块、第二晶振模块、第三晶振模块、硬件复位监控模块、CAN通信模块以及外部接口模块采用MUF方式系统级封装于四层电路板的基板上。

4.根据权利要求3所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述NFC模块的工作频段为13.56MHz。

5.根据权利要求4所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述BLE模块的工作频段为2.4GHz。

6.根据权利要求5所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述BLE模块至少包括：ARM处理器、FLASH、RAM、RF前端、数字处理、开关电路、PLL电路以及3个晶振组件。

7.根据权利要求6所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述BLE模块采用蓝牙5.1和OTA技术规范。

8.根据权利要求7所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述外部接口模块至少包括：64个外部接口引脚和一个散热焊盘，所述外部接口引脚至少包括电源接口、射频天线接口、通信接口、复位接口、GPIO功能接口以及模拟数字转换接口。

9.根据权利要求8所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述CAN通信模块包括内部时钟、UART、GPIO、RESET、CAN、SPI以及ADC。

10.根据权利要求9所述的集成通信功能的SIP封装芯片，其特征在于，所述SIP封装芯片还包括尺寸为20mm*20mm*1.5mm的模封材质外壳。

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