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集成电路概况范文1
――首钢NEC参观感受
2007年7月4日,今天早上九点我们微电子04级全体同学在首钢NEC门口集合,在姜老师和鞠老师的带领下跟随首钢NEC工作人员开始了我们的参观实习。虽然天气炎热,但是同学们秩序井然,而且大家参观的热情高涨,充满了兴奋与好奇。
在工作人员的陪同下,我们来到了首钢NEC的小礼堂,进行了简单的欢迎仪式后,由工作人员向我们讲解了集成电路半导体材料、半导体集成电路制造工艺、集成电路设计、集成电路技术与应用前景和首钢NEC有限公司概况,其中先后具体介绍了器件的发展史、集成电路的发展史、半导体行业的特点、工艺流程、设计流程,以及SGNEC的定位与相关生产规模等情况。
IC产业是基础产业,是其他高技术产业的基础,具有核心的作用,而且应用广泛,同时它也是高投入、高风险,高产出、规模化,具有战略性地位的高科技产业,越来越重视高度分工与共赢协作的精神。近些年来,IC产业遵从摩尔定律高速发展,越来越多的国家都在鼓励和扶持集成电路产业的发展,在这种背景下,首钢总公司和NEC电子株式会社于1991年12月31日合资兴建了首钢日电电子有限公司(SGNEC),从事大规模和超大规模集成电路的设计、开发、生产、销售的半导体企业,致力于半导体集成电路制造(包括完整的生产线――晶圆制造和IC封装)和销售的生产厂商,是首钢新技术产业的支柱产业。公司总投资580.5亿日元,注册资金207.5亿日元,首钢总公司和NEC电子株式会社分别拥有49.7%和50.3%的股份。目前,SGNEC的扩散生产线工艺技术水平是6英寸、0.35um,生产能力为月投135000片,组装线生产能力为年产8000万块集成电路,其主要产品有线性电路、遥控电路、微处理器、显示驱动电路、通用LIC等,广泛应用于计算机、程控和家电等相关领域,同时可接受客户的Foundry产品委托加工业务。公司以“协力·敬业·创新·领先,振兴中国集成电路产业”为宗旨,以一贯生产、服务客户为特色,是我国集成电路产业中生产体系最完整、技术水平最先进、生产规模最大的企业之一,也是我国半导体产业的标志性企业之一。
通过工作人员的详细讲解,我们一方面回顾了集成电路相关的基础理论知识,同时也对首钢日电的生产规模、企业文化有了一个全面而深入的了解和认识。随后我们在工作人员的陪同下第一次亲身参观了SGNEC的后序工艺生产车间,以往只是在上课期间通过视频观看了集成电路的生产过程,这次的实践参观使我们心中的兴奋溢于言表。
由于IC的集成度和性能的要求越来越高,生产工艺对生产环境的要求也越来越高,大规模和超大规模集成电路生产中的前后各道工序对生产环境要求更加苛刻,其温度、湿度、空气洁净度、气压、静电防护各种情况均有严格的控制。
为了减少尘土颗粒被带入车间,在正式踏入后序工艺生产车间前,我们都穿上了专门的鞋套胶袋。透过走道窗户首先映入眼帘的是干净的厂房和身着“兔子服”的工人,在密闭的工作间,大多数IC后序工艺的生产都是靠机械手完成,工作人员只是起到辅助操作和监控的作用。每间工作间门口都有严格的净化和除静电设施,防止把污染源带入生产线,以及静电对器件的瞬间击穿,保证产品的质量、性能,提高器件产品成品率。接着,我们看到了封装生产线,主要是树脂材料的封装。环氧树脂的包裹,一方面起到防尘、防潮、防光线直射的作用,另一方面使芯片抗机械碰撞能力增强,同时封装把内部引线引出到外部管脚,便于连接和应用。
在SGNEC后序工艺生产车间,给我印象最深的是一张引人注目的的海报“一目了然”,通过向工作人员的询问,我们才明白其中的奥秘:在集成电路版图的设计中,最忌讳的是“一目了然”版图的出现,一方面是为了保护自己产品的专利不被模仿和抄袭;另一方面,由于集成电路是高新技术产业,毫无意义的模仿和抄袭只会限制集成电路的发展,只有以创新的理念融入到研发的产品中,才能促进集成电路快速健康发展。
在整个参观过程中,我们都能看到整洁干净的车间、纤尘不染的设备、认真负责的工人,自始至终都能感受到企业的特色文化,细致严谨的工作气氛、一丝不苟的工作态度、科学认真的工作作风。不可否认,我们大家都应该向他们学习,用他们的工作的态度与作风于我们专业基础知识的学习中,使我们能够适应目前集成电路人才的需求。
这次参观,由于集成电路生产自身的限制,我们只能通过远距离的参观,不能进一步向技术工人请教和学习而感到遗憾,总的来说,这次活动十分圆满。
集成电路概况范文2
硅通孔技术(TSV)是三维集成电路设计关键技术之一,本文从其制备、应用于系统中的性能参数及其意义、具体设计主要思路三个方面,对TSV在三维集成电路设计中的基础概况进行分析探讨。
【关键词】硅通孔技术 三维集成电路 设计原则
三维集成电路是指多层面构建集成电路,可进一步扩展布局空间,减少线路相互之间的干扰,解决信号拥堵问题,扩大频宽,降低功耗,最终提高系统性能。3D封装是三维集成电路关键技术,主要包括裸片堆叠封装、叠层封装与封装内堆叠三种具体实现形式,各有优劣。贯穿硅通孔技术(TSV)是一种系统级架构技术,可实现层级间裸片互联,是目前最先进、应用最广泛的互联方式之一。本次研究就基于硅通孔技术的三维集成电路基本设计进行概述与分析。
1 TSV制备
TSV制备工艺据通孔制作工艺顺序可分为先通孔与后通孔两种,先通孔是指在制备IC时同时通孔,后者是指在制备IC后通孔。
前通孔主要特征包括:(1)工艺在CMOS或BEOL制备前应用;(2)在元件设计阶段即介入应用;(3)需严格的CD控制;(4)通孔宽度为5-20μm;(5)深宽比AR3:1-10:1。而后通孔主要特征为:(1)工艺在BEOL或TSV键合(Bonding)制备后应用;(2)在设计阶段后期介入;(3)CD控制较宽松;(4)通孔宽度20-50μm;(5)深宽比AR3:1-15:1。
通孔刻蚀技术是TSV技术的核心,强调通孔尺寸一致性,无残渣,形成需达到一定速度,规格设计具有一定灵活性,目前仅有IBM及其部分代工厂掌握该核心技术。通孔刻蚀技术主要可分为博世工艺技术、激光刻蚀技术,两者各有优劣。博士工艺孔径大小、数目、深度无特殊要求,但孔径侧面较粗糙,材料成本高,需要光刻。激光刻蚀仅适用于>10μm孔径通孔,孔径数目也受吞吐量影响,但通孔侧壁表明光滑,耗材低,无需光刻。
通孔后,TSV需进行填充,涉及通孔绝缘、淀积与电镀多个工艺步骤,使用材料包括硅烷、正硅酸丁酯等。填充时需要考虑填充绝缘、沉积温度等多个方面因素,一个细节的疏忽都可能影响通孔性能,进而影响系统稳定性与功效。目前,主要填充技术包括溅射沉积、均匀淀积,但考虑到成本因素,电镀铜是目前应用最广泛的硅通孔填充方式。
最后为实现晶体TSV互联,需应用TSV键合技术,目前最常用的键合技术包括金属-金属键合、氧化物共熔键合与高分子黏结键合。三种键合技术各有优劣,应用均十分广泛,但均只适用于满足电学特性的光滑键合表面,不能进行机械表面与电学特性表面键合,金属-金属键合有望打破这种限制。
2 反映TSV性能的参数及其意义
2.1 互联延时
全局互联普遍被认为是集成系统性能提升的设计瓶颈,全局互联产生的连线延时决定系统时钟频率与速度传输限,创造一种更有效的互联策略已成为当今电路设计中研究热点。缓冲器插入式目前应用最广泛的一种缩短全局互联延时的设计,使用灵活,有助于减少硅通孔数目与集成密度,进而降低互联延时效应,提高系统性能,降低误差。
2.2 互联功耗
互联功耗与系统电路规模与集成密度有关,目前,互联电容已取代门电路成为片上功耗与动态功耗主导因素,插入缓冲器后功耗与全局互联规模有关。应用硅通孔三维互联构架,可减少互联需要,但却需要更多的缓冲器,增加片上功耗,在设计PSV时,需充分考虑PSV功耗。
3 TSV三维集成具体设计主要思路
3.1 阻抗特性差异
三维集成虽然可缓解不同材料、工艺差异所产生的串扰噪声,降低混合技术同化复杂度与电路模块电磁干扰,最终降低成本,提高效效能,但与此同时,三维设计也增加了阻抗差异。阻抗差异后是源层互联固有缺陷,应用TSV技术互联则增加了阻抗差异,进一步放大了这种缺陷。因此将TSV应用三维集成系统构架中,需综合考虑阻抗差异,尽力减少阻抗差异对互联信号的影响,避免信号发生反射或失真。
3.2 热管理与优化
电路工作之中不可避免的发散热量,热效应已成为影响集成电路功效、元件可靠性的重要因素之一。三维集成技术增加了芯片物理层数,顶端物理层与散热片距离显著增加;三维集成技术缩短了物理尺寸,芯片功耗密度显著增加,热效应增加,芯片内温度上升,可能造成元件性能下降,电迁移失败,甚至可能造成物理损毁。应用TSV技术,可能影响整个芯片热扩散效果、途径,因此在设计TSV系统构架时,需对热扩散进行预测,分析芯片内外温度分布,并提出热优化技术与策略,降低消热阻。目前常采用的热优化技术策略为减薄衬底厚度,降低散热片等效热阻,热驱动优化,布局优化,热通孔插入,等。
4 碳纳米管TSV设计
碳纳米管具有优良的电热传输特性,平均自由程较长,耐高温,是一种较理想的互联材料,具有较大的发展潜力。碳纳米管电流承载密度极限远高于铜,电子迁移稳定,有助于克服承载不稳定性TSV技术这一固有缺陷。碳纳米管具有一维导体特性,热特性较高,热传导率极高,可达到3000~8000W/m-K,将碳纳米管应用于TSV集成可极大的提高系统散热能力。
5 小结
硅通孔技术是三维集成电路制造核心技术之一,其技术水平直接影响系统性能、稳定性。电路设计工作者,在应用TSV技术过程中,应尽量采用时下成熟的TSV制备技术,把握具体设计思路,从提升系统整体性能出发,提升设计水平。同时,应具有创新、探索精神,积极尝试引入新材料、技术与理念,大胆尝试,开阔设计思路,以探索更优的设计方案。
参考文献
[1]X.ChuanL.Hong,R.Suaya and pact AC modeling and performance analysis of through silicon vias in 3-D ICs.IEEE Trans.Electron Devices,2010,57(12):3405-3417.
[2]童志义.3D IC集成与硅通孔(TSV)互联[J].电子工业专用设备,2009(27):26-29.
[3]王高峰,赵文生.三维集成电路中的关键技术问题综述[J].杭州电子科技大学学报,2014,34(2):1-5.
作者简介
祝竹(1983-),女,安徽省宣城市人。2006年毕业于合肥学院,电子信息工程专业。现为宣城职业技术学院电工与电子技术专业教师。研究方向为电工技术与汽车电子类。
集成电路概况范文3
一般觉得倘若数字逻辑上的电路频率上升到甚至越过45MHz到50MHz并且作业时超越这个频率的电路已占整个电子系统的相关数值这样的电路就是高速电路。
2高速电路的分布
在运用高速电路时由于作业的次数增加频繁披长也就比较短了些。波长和线路的长短相近那我们一定要将信号看作电磁波的波动。换一种说法就是由集成电路方面转向分布电路方面。在研究高速电路中肩的地方需要运用电磁学的理论肖频率到达怎样的限度需要运用这个理论这是一个没法解决的问题。如此说来是不是就真的不可以解决?这也并不是这样还是有一个标准可以参考的:在信号发生变化时如果信号没有传送到最末端再反射回来那就可以想到电磁波的效应了。在研究传输线时应该牢记的一个点就是阻抗匹配”。阻抗匹配的意思就是信号输出、负荷载动、传输线特点这三种要素的阻抗都是相一致的。
3高速电路设计在ABS中的应用
ABS中的零件主要是集成芯片集成芯片是ABS的灵魂厂般都会采用适合ABS工作的专用集成芯片。集成芯片上的电源电压时常会遇到缓冲突然间太大的情况,想要避免这样的情况就需要对集成芯片的电路做改动池就是多配备一个祸电容这样做就避免了毛刺对电源的作用减缓由电源环绕线路的辐射。祸电容的这一功能也常被运用在插座上。ABS采用高速电路的设计那就必定会运转高速但这并不是完全有利的肩可能会致使电源电压缓冲太过于强烈这又该如何克服呢?我们可以将高功耗的设备零件与它放在一起这样就能够克服了。高速电路设计应用于ABS系统后,制动总泵运转更加快速,制动压力调节器的调节功能十分急促有效,电子控制器的功耗大大降低整个系统的工作更为快捷有效。
集成电路概况范文4
汽车电子化是建立在电子学的发展基础之上,从真空管、晶体管、集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路的技术进步,出现了计算机等各种各样的电子装置,汽车电子化也随着逐年的深化与发展,而且有的汽车电子装置占整车造价的1/3,高级轿车有的就装几十个微控器、上百个传感器。电子化的程度可以说是衡量汽车高档与否的主要标志。
20世纪50年代,人们开始在汽车上安装电子管收音机,这是电子技术在汽车上应用的雏形。1959年晶体管收音机问世后,很快在汽车上得到了应用。60年代,汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管调节器,到60年代中期,汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置。但更多地应用电子技术则是在70年代以后,主要是为解决汽车安全、污染和节油3大问题。进入70年代后期,电子工业有了长足的进步,特别是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路技术得到了巨大发展,微机在汽车上的应用,给汽车工业带来了划时代的变革。
20世纪90年代,汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段,这是对汽车工业的发展最有价值、最有贡献的阶段,超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型化,为汽车上的集中控制提供了基础。目前汽车电子技术已发展到第四代,即包括电子技术(含微机技术)、优化控制技术、传感器技术、网络技术、机电一体化耦合交叉技术等综合技术的小系统,并且早已从科研阶段进入了商品生产的成熟阶段。
汽车电子技术主要包括硬件和软件方面的内容:硬件包括微机及其接口、执行部件、传感器等;软件主要是以汇编语言及其他高级语言编制的各种数据采集、计算判断、报警、程控、优化控制、监控、自诊断系统等程序。
微机是整个系统的核心,负责指挥其他设备工作。目前汽车上用的微机以通用单片机和高抗干扰及耐振的汽车专用微机为主,其速度和精度要求不像计算用微机高,但抗干扰性能较强,能适应汽车振动大等恶劣的工作环境。有的由单机控制(即一个微机控制一个项目,如控制点火)向集中控制发展,而汽车集中控制也由原来的多个计算机通信向网络化管理过渡。
2汽车电子控制理论发展概况
汽车电子控制理论基础,是“汽车电子技术”中的难点和重点。利用自动控制理论而建立的开环、闭环、最优、自适应控制系统,在汽车优化控制中都有采用。建立这些控制系统时,首先对汽车某个系统,如点火提前角优化控制系统进行系统辨识,建立数学模型,然后采用相应的控制方法进行优化控制。但是发动机本身结构比较复杂,影响点火的因素较多,理论推导优化点火状态下的数学模型比较困难。因此,一般采用实验方法找出各种工况下的最佳点火提前角,然后存入微机内存。在实行控制过程中,微机不断检测发动机的工况,用查表的方法,查出该工况下的最佳点火提前角,进行修正后再通过微机接口、放大电路去控制点火,这是目前国外应用较多的优化控制方法。
此外,目前应用较成熟的另一种方法为自适应在线搜索法:他包括顶点保持法和登山法2种。该方法并不需要知道模型的原型,而是由微机在汽车运行中自行搜索最优工况,使控制接近或达到最优化。
模糊控制是近年来出现的新的控制理论,在汽车中也有所应用。模糊控制系统也是一种自动控制系统,他是以模糊数、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础,采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统。模糊逻辑从含义上比其他传统逻辑更接近人类的思想和自然语言。
3网络技术在汽车中的应用
3.1网络技术在汽车内部的应用
比较高级的汽车上装有几十个微机控制器、上百个传感器。这就给汽车进行网络应用提供了条件,而且解决了汽车一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所谓分散控制就是汽车上的一个部件如点火或喷油,用一个微控器进行控制,这是微机在汽车上应用的起始。后来发展到汽车集中控制系统,包括完全集中控制系统,如美国的通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等;分级控制系统,如日产公司的分级控制系统,用1台中央控制计算器分别指挥4台微机,分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等;分布集中控制系统,他是根据汽车的各大部分而进行分块集中控制,如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统,如日本五十铃生产的汽车I-TEC系统,他对发动机的点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。上述各种类型的控制都。
有优缺点,但网络在汽车上应用后,就可发挥各型控制的优点,克服了他们的缺点。例如集中控制和分散控制的最大问题是可靠性问题,如完全集中控制,一旦微机出现故障全车瘫痪。采用网络技术后,不但共用所有传感器,还可以共用其他设备,如进行了环形网控制,几十个微机,就是个别出现问题,整车还可以正常运行。所以网络在汽车应用中不但增加了许多功能,而且还大大增加了可靠性。
为适应汽车网络控制的需要,更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化,世界各国都在积极合作,进行汽车局域网的研究与开发。国外在网络标准的制定以及符合网络通信标准的微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。网络标准方面有Bosch公司制定的控制器局域网络(CAN)协议和Intel推出的SAEJ18065网络标准。又如Philips,Intel,Motorola等公司推出了符合网络相关协议的微处理器产品。同时,为整合各种标准,一份有关汽车网络的国际标准正在国际标准化组织起草。
3.2网络技术在汽车外部的应用
汽车上网系统,是一种无线的网络结构。通过他,人们在驾驶汽车时就可以像在家一样进行上网、发E-mail等所有网上操作。目前不少公司在进行这方面的工作,如IBM公司和Motorola公司已合作开发车用无线Internet技术,这项技术将使驾驶员和乘客能够在车上发送电子邮件以及从事网上各种活动,如电子商务和网上购物、查看股市行情和天气预报等。另外Microsoft公司新推出了专门为“车上网”设计的AutoPC软件,采用WindowsCE操作系统,他具有交互式语言识别等各种多媒体功能。这种功能能够有效地保障汽车行车安全,因为他可以让汽车驾驶员在手不离方向盘、眼不离行驶前方的情况下,与PC机系统交换各种信息,例如行车前方的交通状况有无塞车,最短时间导航等;也可以通过他在车上收发E-mail、打网络电话和其他上网活动。通用公司不但开发了“车上网”系统,而且还装有车载自动化办公系统。由于该系统采用了超高速光纤串行数据通道(MML),因此具有多路的数字式影音能力,可以有效地调控多信道大容量的输入、输出信号,例如CD、DVD、显示器、电视接收天线、音响和全球卫星定位导航系统都可以和该系统交换信息。
4汽车传感器的发展趋势
车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一,世界各国对车用传感器的研究开发、提高性价比都非常重视。“没有传感器技术就没有现代汽车”的观点现在已被全世界所公认。汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器依赖性就越大,所以,国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高技术。
汽车现代传感器总的发展趋势是:多功能化、集成化、智能化、微型化,其技术的发展方向是:
(1)开展基础研究,发现新现象、采用新原理、开发新材料和采用新工艺;
(2)扩大传感器的功能与应用范围。
4.1发现新现象
利用物理现象、化学反应和生物效应等是各种传感器的基本原理,所以发现新现象与新效应是现代传感器发展的重要基础。
4.2开发新材料
功能材料是发展传感器技术的另一个重要基础。由于材料科学的进步,在制造各种材料时,人们可以任意控制他的成份,从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料。例如控制半导体氧化物的成份,可以制造出各种气体传感器;光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现;有机材料作为功能材料,正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。
4.3采用新工艺
传感器的敏感元件性能除了由其功能材料决定外,还与其加工工艺有关。随着半导体、陶瓷等新型材料用于传感器敏感元件,许多现代先进制造技术也引入汽车传感器制造技术,例如集成技术,微细加工技术,离子注入技术,薄膜技术等,能制作出性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的微型化敏感元件。近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟,利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器,这些传感器的体积和能耗小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得他们非常适合于汽车方面的应用。
20世纪80年代初,微型压阻式多路绝对压力传感器开始大批量生产,取代了早期采用LVDT技术的压力传感器。80年代中期微型加速度传感器开始用于汽车安全气囊,他们是到目前为止大量生产的、并在汽车中得到广泛应用的微型传感器。然而微型传感器的大规模应用势必将不限于发动机燃烧控制和安全气囊,在未来5~7年内包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用将为MEMS技术提供广阔的市场。
4.4研究多功能集成传感器
研究多功能集成传感器是传感器发展的一个重要方向,即在一个芯片上集成多种功能敏感组件和同一功能的多个敏感组件。例如日本研制出复合压阻传感器,一个芯片可同时检测汽车压力与温度。
4.5研究智能式传感器
智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。与传统传感器相比,他具有很多特点。例如,他可以确定传感器工作状态,对测量资料进行修正,以便减少环境因素如温度引起的误差;用软件解决硬件难以解决的问题;完成资料计算与处理工作等等。世界各国都在车用传感器硬件的基础上,努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差(温度高、温度梯度大、污染厉害等)等问题造成的对汽车参数测量的影响。而且智能式传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好,有的还带有自检功能。不少汽车大公司在该方面进行研制与开发,并取得了成就和应用。
化发展概况
汽车电子化是建立在电子学的发展基础之上,从真空管、晶体管、集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路的技术进步,出现了计算机等各种各样的电子装置,汽车电子化也随着逐年的深化与发展,而且有的汽车电子装置占整车造价的1/3,高级轿车有的就装几十个微控器、上百个传感器。电子化的程度可以说是衡量汽车高档与否的主要标志。
20世纪50年代,人们开始在汽车上安装电子管收音机,这是电子技术在汽车上应用的雏形。1959年晶体管收音机问世后,很快在汽车上得到了应用。60年代,汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管调节器,到60年代中期,汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置。但更多地应用电子技术则是在70年代以后,主要是为解决汽车安全、污染和节油3大问题。进入70年代后期,电子工业有了长足的进步,特别是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路技术得到了巨大发展,微机在汽车上的应用,给汽车工业带来了划时代的变革。
20世纪90年代,汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段,这是对汽车工业的发展最有价值、最有贡献的阶段,超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型化,为汽车上的集中控制提供了基础。目前汽车电子技术已发展到第四代,即包括电子技术(含微机技术)、优化控制技术、传感器技术、网络技术、机电一体化耦合交叉技术等综合技术的小系统,并且早已从科研阶段进入了商品生产的成熟阶段。
汽车电子技术主要包括硬件和软件方面的内容:硬件包括微机及其接口、执行部件、传感器等;软件主要是以汇编语言及其他高级语言编制的各种数据采集、计算判断、报警、程控、优化控制、监控、自诊断系统等程序。
微机是整个系统的核心,负责指挥其他设备工作。目前汽车上用的微机以通用单片机和高抗干扰及耐振的汽车专用微机为主,其速度和精度要求不像计算用微机高,但抗干扰性能较强,能适应汽车振动大等恶劣的工作环境。有的由单机控制(即一个微机控制一个项目,如控制点火)向集中控制发展,而汽车集中控制也由原来的多个计算机通信向网络化管理过渡。
2汽车电子控制理论发展概况
汽车电子控制理论基础,是“汽车电子技术”中的难点和重点。利用自动控制理论而建立的开环、闭环、最优、自适应控制系统,在汽车优化控制中都有采用。建立这些控制系统时,首先对汽车某个系统,如点火提前角优化控制系统进行系统辨识,建立数学模型,然后采用相应的控制方法进行优化控制。但是发动机本身结构比较复杂,影响点火的因素较多,理论推导优化点火状态下的数学模型比较困难。因此,一般采用实验方法找出各种工况下的最佳点火提前角,然后存入微机内存。在实行控制过程中,微机不断检测发动机的工况,用查表的方法,查出该工况下的最佳点火提前角,进行修正后再通过微机接口、放大电路去控制点火,这是目前国外应用较多的优化控制方法。
此外,目前应用较成熟的另一种方法为自适应在线搜索法:他包括顶点保持法和登山法2种。该方法并不需要知道模型的原型,而是由微机在汽车运行中自行搜索最优工况,使控制接近或达到最优化。
模糊控制是近年来出现的新的控制理论,在汽车中也有所应用。模糊控制系统也是一种自动控制系统,他是以模糊数、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础,采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统。模糊逻辑从含义上比其他传统逻辑更接近人类的思想和自然语言。
3网络技术在汽车中的应用
3.1网络技术在汽车内部的应用
比较高级的汽车上装有几十个微机控制器、上百个传感器。这就给汽车进行网络应用提供了条件,而且解决了汽车一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所谓分散控制就是汽车上的一个部件如点火或喷油,用一个微控器进行控制,这是微机在汽车上应用的起始。后来发展到汽车集中控制系统,包括完全集中控制系统,如美国的通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等;分级控制系统,如日产公司的分级控制系统,用1台中央控制计算器分别指挥4台微机,分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等;分布集中控制系统,他是根据汽车的各大部分而进行分块集中控制,如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统,如日本五十铃生产的汽车I-TEC系统,他对发动机的点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。上述各种类型的控制都。
有优缺点,但网络在汽车上应用后,就可发挥各型控制的优点,克服了他们的缺点。例如集中控制和分散控制的最大问题是可靠性问题,如完全集中控制,一旦微机出现故障全车瘫痪。采用网络技术后,不但共用所有传感器,还可以共用其他设备,如进行了环形网控制,几十个微机,就是个别出现问题,整车还可以正常运行。所以网络在汽车应用中不但增加了许多功能,而且还大大增加了可靠性。
为适应汽车网络控制的需要,更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化,世界各国都在积极合作,进行汽车局域网的研究与开发。国外在网络标准的制定以及符合网络通信标准的微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。网络标准方面有Bosch公司制定的控制器局域网络(CAN)协议和Intel推出的SAEJ18065网络标准。又如Philips,Intel,Motorola等公司推出了符合网络相关协议的微处理器产品。同时,为整合各种标准,一份有关汽车网络的国际标准正在国际标准化组织起草。
3.2网络技术在汽车外部的应用
汽车上网系统,是一种无线的网络结构。通过他,人们在驾驶汽车时就可以像在家一样进行上网、发E-mail等所有网上操作。目前不少公司在进行这方面的工作,如IBM公司和Motorola公司已合作开发车用无线Internet技术,这项技术将使驾驶员和乘客能够在车上发送电子邮件以及从事网上各种活动,如电子商务和网上购物、查看股市行情和天气预报等。另外Microsoft公司新推出了专门为“车上网”设计的AutoPC软件,采用WindowsCE操作系统,他具有交互式语言识别等各种多媒体功能。这种功能能够有效地保障汽车行车安全,因为他可以让汽车驾驶员在手不离方向盘、眼不离行驶前方的情况下,与PC机系统交换各种信息,例如行车前方的交通状况有无塞车,最短时间导航等;也可以通过他在车上收发E-mail、打网络电话和其他上网活动。通用公司不但开发了“车上网”系统,而且还装有车载自动化办公系统。由于该系统采用了超高速光纤串行数据通道(MML),因此具有多路的数字式影音能力,可以有效地调控多信道大容量的输入、输出信号,例如CD、DVD、显示器、电视接收天线、音响和全球卫星定位导航系统都可以和该系统交换信息。
4汽车传感器的发展趋势
车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一,世界各国对车用传感器的研究开发、提高性价比都非常重视。“没有传感器技术就没有现代汽车”的观点现在已被全世界所公认。汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器依赖性就越大,所以,国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高技术。
汽车现代传感器总的发展趋势是:多功能化、集成化、智能化、微型化,其技术的发展方向是:
(1)开展基础研究,发现新现象、采用新原理、开发新材料和采用新工艺;
(2)扩大传感器的功能与应用范围。
4.1发现新现象
利用物理现象、化学反应和生物效应等是各种传感器的基本原理,所以发现新现象与新效应是现代传感器发展的重要基础。
4.2开发新材料
功能材料是发展传感器技术的另一个重要基础。由于材料科学的进步,在制造各种材料时,人们可以任意控制他的成份,从而可以设计与制造出各种用于传感器的功能材料。例如控制半导体氧化物的成份,可以制造出各种气体传感器;光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现;有机材料作为功能材料,正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。
4.3采用新工艺
传感器的敏感元件性能除了由其功能材料决定外,还与其加工工艺有关。随着半导体、陶瓷等新型材料用于传感器敏感元件,许多现代先进制造技术也引入汽车传感器制造技术,例如集成技术,微细加工技术,离子注入技术,薄膜技术等,能制作出性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的微型化敏感元件。近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟,利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器,这些传感器的体积和能耗小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得他们非常适合于汽车方面的应用。
20世纪80年代初,微型压阻式多路绝对压力传感器开始大批量生产,取代了早期采用LVDT技术的压力传感器。80年代中期微型加速度传感器开始用于汽车安全气囊,他们是到目前为止大量生产的、并在汽车中得到广泛应用的微型传感器。然而微型传感器的大规模应用势必将不限于发动机燃烧控制和安全气囊,在未来5~7年内包括发动机运行管理、废气与空气质量控制、ABS、车辆动力的控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用将为MEMS技术提供广阔的市场。
4.4研究多功能集成传感器
研究多功能集成传感器是传感器发展的一个重要方向,即在一个芯片上集成多种功能敏感组件和同一功能的多个敏感组件。例如日本研制出复合压阻传感器,一个芯片可同时检测汽车压力与温度。
集成电路概况范文5
论文摘要:本文介绍了红外多路遥控系统。红外多路遥控系统可实现16路的红外开关控制。以码分制多通道红外遥控为设计的基本思路。通过键盘及代码生成电路、编码、脉冲调制振荡和红外发射构成红外发射电路。通过红外接收,解码以及由单片机控制的医码控制电路组成红外接收电路。
Abstract:The passage has introduced the infrared multichannel system of remote control. The infrared multichannel system of remote control can realize the infrared switch control of 16 roads. With yard pide into system the basic train of thought with much passageway infrared remote control of design. Through keyboard and code generation circuit, coding and pulse modulation vibration with infrared project to form infrared project circuit. Pass infrared take over , decode as well as the medical yard control circuit composition that controled by single flat machine are infrared to take over circuit.
Keyword :the infrared multichannel system of remote control; MCU; infrared to project; infrared to take over
1.前言
1.1序言
随着电子技术的飞速发展,尤其是跨入2000年后,红外技术得到了迅猛发展。红外遥控已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面,在工业自动化、生产控制过程、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活各个方面都得到了广泛的应用。
1.2国内外研究概况
目前国内外都在进行红外的研究开发,已取得了相当不错的成绩。红外技术的研究开发是自动化控制的主要方向。它的研究针对国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面,在工业自动化、生产控制过程、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外育种安全防范、家用电器控制及日常生活(如节能灯控制、自动门控制、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调、彩灯遥控以及VCD、SVCD和DVD机录放等)各个方面都在进行红外研究开发和控制。
1.3论文主要工作概述
针对国内外的发展情况,可见红外遥控系统是我国未来智能化发展方向。本课题要设计的红外多路遥控系统,主要红外发射和红外接收这两部分,本设计依托市面上常见的红外发射和红外接收元器件,使设计具有传输距离一般、硬件简单、安装方便、价格便宜的优点。本文所介绍的红外多路遥控系统,是采用码分制多通道红外遥控系统装置。早期的码分制的脉冲指令编码多采用分离元器件及小规模数字集成电路,编码、译码电路弄得很复杂,可靠性也差。但随着大规模数字集成技术的发展和日趋成熟,各种大规模专用集成编、译码集成器件的层出不穷,使外围元器件很少,电路简单,功能完善。
2.系统总体方案设计
2.1方案比较
方案一:采用频分制多通道红外遥控发射和接收系统。频分制的频率编码一般采用频道编码开关,通过改变振荡电路的参数来改变振荡电路的振荡参数和频率。当按下不同的编码键时,振荡器就会输出不同频率的指令信号。这些指令信号经驱动级放大后对高频载波进行调制,并驱动红外发光管发出红外光脉冲信号。
红外接收控制电路的组成框图包括红外接收光电转换器、前置放大器、频率译码电路、驱动级和执行机件等。当红外光电检测器接收到发射器发来的红外编码指令后,光电检测管随即将其转换成相应的电信号,再经过前置电压放大器放大后,加至频率译码电路和选频电路,选出不同指令的频率信号,并加至相应的驱动级及执行机件。对应每一频率的指令信号,应有一个相应的选频电路。
在频分制红外遥控电路中,代表控制指令信号的频率一般为几百赫兹至几十千赫兹。发射电路中的频率编码开关的位号应与接收电路中的选频电路的位号相对应,以选出不同频率的指令信号。
红外接收、译码电路由红外接收器、前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级组成。红外光电二极管将接收到的红外光信号转变成相应的电脉冲信号,再经高倍数电压放大后加至解调器进行解调,然后由指令译码器解码出指令信号。指令译码器是与指令编码器相对应的译码器,用于脉冲指令信号译出。译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级,驱动执行机件动作,实现红外光遥控。
图2-1: 方案一的方框图
方案二:采用码分制多通道红外遥控发射和接收系统。码分制的遥控指令信号是由编码脉冲发生器(一般由数字集成电路和少量外围元件组成)产生的。码分指令是用不同的脉冲数目或不同宽度的脉冲组合而成的。
指令编码器由基本脉冲发生电路和指令编码开关组成。当按下S1—Sn中的某个指令键时,指令编码器将产生不同编码的指令信号。该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号,再经驱动电路功率放大后加至红外发射级,驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。
图2.2: 方案二的方框图
2.2方案论证
方案一:采用频分制多通道红外遥控系统。主要用在单通道或者几通道的红外遥控系统中。能够形成一个无线的短距离的遥控系统。主要由发射和接收并执行两部分组成。先是发射部分,用户根据需要按下功能键,在经过编码后通过红外发光二极管发射出信号。经过无线传输后,接收部分接收到发射信号,然后经过芯片内部译码并执行对应遥控路上的发光二极管发光
方案二:采用码分制多通道红外遥控系统。主要用在多通道的红外遥控系统中,遥控系统抗干扰强。能够形成一个无线的中距离的遥控系统。主要由发射和接收并执行两部分组成。用户根据需要按下功能键,先是指令编码器进行编码,在进行信号调制,在由红外发光二极管发射出信号,经过无线传输后,接收部分接收到发射信号,先经过信号处理,在通过单片机软件译码,查表控制对应遥控路上的发光二极管发光
2.3方案选择
频分制红外光遥控电路比较简单,通常应用在遥控通道数目不太多的控制系统中。当频道数目较多时,选频电路和相应电路的数目加多,电路复杂,且各频道间的相互干扰加重,导致误控或误报。采用高品质因数的LC振荡器或选频回路,可提高选频精度和稳定度,但会使LC回路的体积加大,电路便得复杂,调试困难,成本也加大。因此,这次我们设计的是16路遥控,遥控数目较多,所以不宜采用频分制而采用码分制遥控方式。
3.单元模块电路设计
3.1红外发射电路设计
红外发射电路的设计包括4个部分:(1)键盘及代码产生电路,(2)编码电路,(3)调制振荡电路,(4)红外发射电路。
3.1.1 8421-BCD码控制电路的设计
8421-BCD码控制电路采用CMOS型16路模拟开关集成电路CD4067,它和S2-S17按压开关等构成开关编码控制电路,将输入开关状态编成8421-BCD码,并由CD4067的第10,11,13,14脚输出地址码。CD4067的二进制编码的十进制(BCD)与S2-S17接通通道之间的关系如表1所示。
S2-S17接通通道
D
C
B
A
INH端
2
3
1
4
1
5
1
1
6
1
7
1
1
8
1
1
9
1
1
1
10
1
11
1
1
12
1
1
13
1
1
1
14
1
1
15
1
1
1
16
1
1
1
17
1
1
1
1
均不接通
φ
φ
φ
φ
1
表3-1:CD4067的真值表
图3-2 8421-BCD码控制电路
3.1.2数据编码电路设计
由集成电路MC146026组成的编码电路如图所示,虚线框内是MC145026的内部框图,外围器件RS、CTC、RTC决定编码器的时钟频率。在图中:A1-A5是地址线,A6/D6-A9/D9是地址/数据复用线,即MC145026可对9位并行输入数据进行编码,并在接收到传输启动信号(TE)时,输出串行数据。TE是传输启动信号的输入端。当它为低电平时,器件开始启动传输过程,为高电平时,器件完全被阻塞,无信号输出。RS、CTC、RTC是内部振荡器的外接元件,其参数决定振荡器的振荡频率。通常RS、CTC、RTC取值为400pF< CTC=20KΩ,RTC>=10kΩ,振荡器的频率f≈1/(2.3CTCRTC),取值范围为1KHZ-40KHZ。若频率超过此范围,精度将降低。DOUT是数据输出端,依次送出经过编码的数据。
图3-3 编码电路
集成电路概况范文6
关键词:立体封装;SIP;堆叠;嵌入式计算机系统模块
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.1.010
目前大部分集成电路均采用平面封装形式,即在同一个平面内集成单个芯片的封装技术。由于受到面积的限制难以在同一平面上集成多个芯片。所谓立体封装是一项近几年来新兴的一种集成电路封装技术,突破了传统的平面封装的概念;它是在三维立体空间内实现单个封装体内堆叠多个芯片(已封装芯片或裸片)的封装技术(如图1所示)。近些年来随着微电子技术、计算机技术的迅猛发展,嵌入式计算机系统在各类系统级电子产品中得以广泛应用。各类移动设备、手持设备、民用电子产品的操作和控制越来越依赖于嵌入式计算机系统,而且要求系统不仅具有较高的性能,而且还要具有占用空间小、低功耗等特点。这就给嵌入式计算机系统提出了更高的要求。SIP立体封装芯片由于其集成度高,占用空间小,功耗低等特点,在未来的电子设备中将得到越来越广泛的应用。
立体封装芯片的主要特点
(1)集成密度高,可实现存储容量的倍增,组装效率可达200%以上;它使单个封装体内可以堆叠多个芯片,可以实现存储容量的倍增,比如对SRAM、SDRAM、FLASH、EEPROM进行堆叠,可以使存储容量提高8~10倍;
(2)单体内可实现不同类型的芯片堆叠,从而形成具有不同功能的高性能系统级芯片,比如将CPU、SRAM、FLASH等芯片经立体封装后,形成一个小型计算机机系统,从而形成系统芯片(SIP)封装新思路;
(3)芯片间的互连线路显著缩短,信号传输得更快且所受干扰更小;提高了芯片的性能,并降低了功耗;
(4)大幅度的节省PCB占用面积,可以使产品体积大幅度缩小;
(5)该技术可以对基于晶圆级立体封装的芯片进行再一次立体封装,其组装效率可随着被封装芯片的密度增长而增长,因此是一项极具发展潜力而且似乎不会过时的技术。
立体封装芯片技术发展状况
随着IC器件尺寸不断缩小和运算速度的不断提高,封装技术已成为极为关键的技术。封装形式的优劣已影响到IC器件的频率、功耗、复杂性、可靠性和单位成本。集成电路封装的发展,一直是伴随着封装芯片的功能和元件数的增加而呈递进式发展。封装技术已经经历了多次变迁,从DIP、SOP、QFP、MLF、MCM、BGA到CSP、SIP,技术指标越来越先进。封装技术的发展已从连接、组装等一般性生产技术逐步演变为实现高度多样化电子信息设备的一个关键技术。目前封装的热点技术为高功率发光器件封装技术、低成本高效率图像芯片封装技术、芯片凸点和倒装技术、高可靠低成本封装技术、BGA基板封装技术、MCM多芯片组件封装技术、四边无引脚封装技术、CSP封装技术、SIP封装技术等。
立体封装被业界普遍看好,立体封装的代表产品是系统级封装(SIP)。SIP实际上就是一系统级的多芯片封装,它是将多个芯片和可能的无源元件集成在同一封装内,形成具有系统功能的模块,因而可以实现较高的性能密度、更高的集成度、更低的成本和更大的灵活性。立体封装技术是目前封装业的热点和发展趋势。
控制系统的设计人员所面临的挑战是如何能实现高性能、高可靠、小型化,希望所采用的新一代器件能比前一代产品的尺寸更小、同时拥有更多、更强的功能。半导体业界正在这一领域努力,希望在进一步提高器件功能的同时,获得更小尺寸的器件封装结构,同时又能维持、甚至降低器件的整体成本。实践证明,三维集成的成本要比对芯片进行持续缩小的工程成本要低,因此,立体封装是实现设备小型化的理想技术途径,这是驱动立体封装技术发展的主要因素。
立体封装主要有三种类型,即埋置型立体封装、有源基板型立体封装、和叠层型立体封装。当前,实现这三类立体封装主要有三种途径:一种是在各类基板内或多层布线介质层中“埋置”R、C 或IC 等元器件,最上层再贴装SMC 和SMD 来实现立体封装,这种结构称为埋置型立体封装;第二种是在硅圆片规模集成(WSI)后的有源基板上再实行多层布线,最上层再贴装SMC 和SMD,从而构成立体封装,这种结构称为有源基板型立体封装;第三种是在平面封装的基础上,把多个裸芯片、封装芯片、多芯片组件甚至圆片进行叠层互连,构成立体封装,这种结构称作叠层型立体封装。目前只有第三种方式进入了实用阶段,而且掌握第三种立体封装技术的公司很有限,国外主要是法国3D PLUS公司、美国VCI公司,国内仅有江苏长电公司和珠海欧比特公司。
立体封装技术其核心是要在有限的空间内合理解决芯片之间的互连问题,目前叠层型立体封装的主要互连技术有以下三种方式:
(1)在采用晶圆(裸片)堆叠放置的封装方式时,目前所用的互连技术是在焊区间使用引线键合的方法。随着芯片尺寸的缩小,引线键合方法受到了空间的限制,这主要是由于键合引线数量和密度,或是重叠式芯片制造而引起的。而键合引线的密度也会导致传输上的干扰和电子寄生。
(2)作为引线键合的一种替代技术,形成穿透硅圆片的通孔结构可以大大缩短互连的距离,从而消除了芯片叠层在数量上的限制。这种采用直接互连的方法能提高器件的工作速度,该技术方法通常被称作为硅片贯穿孔(TSV)技术,但目前由于采用该项技术的工程成本很高,还不能利用该技术进行大批量生产。
(3)标准封装堆叠(TSOP堆叠)和柔性PCB混合堆叠封装技术是三维立体封装是一种近些年来新兴的立体封装技术,其特色是将已封装的芯片(例如TSOP芯片)通过堆叠或柔性PCB堆叠后进行灌封,在经过切割成型、表面处理、激光雕刻实现芯片之间的互连;该技术具有很高的灵活性和适应性。值得一提的是,该技术可以对基于晶圆级立体封装的芯片进行再一次立体封装,因此是一项极具发展潜力而且似乎不会过时的技术。
SIP立体封装技术在嵌入式计算机系统中的应用
嵌入式计算机系统已广泛应用于航空、航天、工业控制、消费类电子等领域。
在航空、航天领域的箭载、船载、机载电子系统中,目前均采用开放式分布计算机系统,大部分的节点计算机为嵌入式计算机。随着箭载、船载、机载电子系统功能越来越强大,系统更复杂,节点计算机的数量也在逐步增加,势必造成电子系统的重量增加,从而导致动力系统的负荷增加,而需大幅度提升发动机的推力,使火箭、飞船、飞机的整体重量增加。最终将导致成本大幅度提升。因此,有效降低航空、航天领域的箭载、船载、机载电子系统中的嵌入式计算机系统的重量尤为重要,如何减小嵌入式计算机的体积和重量也越来越受到航空、航天领域设计人员的关注。
在工业控制及民用消费类电子领域,各种手持设备如掌上电脑、移动通信设备、各类手持机等都依赖于嵌入式计算机系统。如何较小嵌入式计算机的体积,是手持设备提升性能,降低成本,提高产品的市场竞争力的关键。
近些年来,随着集成电路的集成度越来越高,嵌入式计算机芯片的功能越来越强大,可集成存储器、串口、网口、USB、SPI、I2C等多种外设及接口,但由于嵌入式计算机芯片本身难以实现功率器件及大容量数据存储器的集成,因此在使用过程中接口的功率驱动电路以及大容量数据存储还需依赖平面板级设计来实现,这就给进一步提高嵌入式计算机系统的集成度,降低体积带来一定的限制。随着SIP立体封装技术的出现,为嵌入式计算机系统的进一步集成创造了条件。SIP立体封装技术可改变嵌入式计算机系统传统的平面板级设计模式,将嵌入式计算机系统的处理器、存储器、功率驱动接口等在三维空间内进行集成,可有效降低器件对PCB板的占用面积,从而大幅度降低嵌入式计算机系统的体积,减轻电子系统的整体重量,降低整体设备的成本。
SIP立体封装嵌入式计算机模块简介
SiP微型计算机系统芯片是一种具有大容量存储及多种外设接口的计算机系统芯片;其内部不仅可集成微处理器、大容量的SRAM、FLASH或SDRAM,而且还可集成UART、GPIO、I2C、SPI、网络等多种接口,使之构成一个功能强大的计算机系统。
在芯片设计时,一般情况下按照系统各部分的功能,将系统划分为处理器层、存储器层、外设接口层等。各层在垂直方向上进行堆叠,再将各层之间需要连接的信号互连起来,最终构成一个完整的计算机系统模块(如图2所示)。采用SIP立体封装技术构成的嵌入式计算机系统模块,和传统的平面板级系统节省PCB占用面积达80%以上,可大幅度缩小嵌入式计算机系统的体积和重量。而且由于系统各部分之间的连接线路大幅缩短,从而系统的运行速度、抗干扰特性、功耗等均有显著改善,可靠性大幅度提升。
珠海欧比特公司根据航空、航天领域的需求,开发了基于SIP立体封装技术的嵌入式计算机系统模块。该模块集成了SPARC V8架构的S698-T SOC芯片、SRAM、FLASH ROM、1553B总线接口、ARINC429总线接口、RS232接口、GPIO、AD转换接口等。用户仅需要很少的外部元件(电源、接插件)即可作为1553B总线节点计算机使用(其结构如图3所示)。该计算机系统模块预留了外部总线接口,用户可方便地进行系统扩展设计。该模块可以替代原来的一块或数块电路板,甚至可以替代原来的一台计算机。
该计算机系统模块采用四层堆叠结构,采用144脚QFP封装,外形尺寸如图4所示。
(1)第一层主要包括:处理器、晶振、内核电源转换芯片等;
( 2 )第二层主要包括:2片1M×16bit 数据SRM;
( 3 )第三层主要包括:1片2M×16bit程序FLASH;
(4)第四层主要包括:1553B电平转换、RS232电平转换、系统复位电路等。
结束语
综上所述,SIP立体封装是一项新兴的立体封装技术,虽然目前该技术还处于初期发展阶段,其产品应用还局限于航空、航天、军事及高端工业控制领域,但随着技术的进步,材料成本和生产效率的逐步提高,未来几年内,将广泛应用于各类嵌入式计算机系统中,具有非常广阔的市场前景。
参考文献:
[1]珠海欧比特控制工程股份有限公司. VDS25632VQ12使用说明书. 2011.