一种基于SiP技术的导航信号处理系统的制作方法

一种基于sip技术的导航信号处理系统
技术领域
1.本实用新型涉及芯片技术领域，尤其是一种基于sip技术的导航信号处理系统。


背景技术：

2.导航是监测和控制运载体从一个地方移动到另一个地方的过程，组合导航系统是将飞机和舰船等运载体上的两种或两种以上的导航设备组合在一起的导航系统。组合导航系统是用以解决导航定位、运动控制、设备标定等问题的信息综合系统，具有高精度、高可靠性、高自动化的特点，是网络化导航系统发展的必然趋势。由于每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性，如果将几种不同的单一导航系统组合在一起，进行信息融合，就能利用多种信息源，互相补充，构成一种有多维度和导航精度更高的多功能系统，因此不同导航信息的交互与处理显得尤为重要。面对飞行器的应用要求越来越高，功能越来越复杂，增加功能意味着要增加更多的器件或增加器件的功能及性能，这样必然会造成系统体积变大、重量加大，如何减少系统体积和质量是一个长期研究的工作。
3.传统的组合导航信号处理模块一般采用基于集成电路和分立器件的多层印制板结构。基于fr4基板材料进行pcb布局布线，通过手工或回流焊接电子元器件，外部接口采用连接器连接。这种结构工艺简单，实现成本低，但是整体结构体积大，安装复杂，已经不能满足系统小型化和模块化的趋势。


技术实现要素：

4.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于sip技术的导航信号处理系统，本实用新型的技术方案如下：
5.一种基于sip技术的导航信号处理系统，该导航信号处理系统包括数据处理模块、通信接口模块和封装管壳，数据处理模块包括数据处理核心芯片dsp、接口处理芯片fpga、非挥发性配置存储芯片、模数转换芯片，通信接口模块包括若干个通信接口芯片，dsp与fpga建立通信连接，fpga与非挥发性配置存储芯片、模数转换芯片和通信接口芯片建立通信连接；数据处理模块和通信接口模块中的所有芯片都通过再布线技术由wire-bond转换flip-chip、并通过倒装焊工艺安装到封装管壳上。
6.其进一步的技术方案为，dsp与fpga之间基于xintf控制总线和xintf数据地址总线、通过xintf方式建立通信连接。
7.其进一步的技术方案为，通信接口芯片包括rs422芯片、rs485芯片和电平转换芯片中的至少一种。
8.其进一步的技术方案为，导航信号处理系统通过rs422芯片对外提供4路rs422接口、通过rs485芯片和对外提供1路rs485接口、通过电平转换芯片对外提供16路io接口。
9.其进一步的技术方案为，dsp以自带的flash作为程序存储器，fpga以非挥发性配置存储芯片作为程序存储器。
10.其进一步的技术方案为，数据处理模块和通信接口模块中的芯片以及阻容按照预
定布局结构安装于封装管壳的上表面，封装管壳的下表面采用出针的方式。
11.其进一步的技术方案为，形成的导航信号处理系统的体积为35.6mm*35.6mm*3.25mm，封装管壳的下表面的标准针的长度为4.57mm。
12.其进一步的技术方案为，封装管壳的上表面的阻容之间的最小布局间隔达到250um，阻容与芯片之间的最小布局间隔达到500um。
13.其进一步的技术方案为，封装管壳的焊环采用u型槽结构。
14.其进一步的技术方案为，dsp对外提供dsp配置接口和2路gpio接口，fpga对外提供fpga配置接口、140个io接口、一对差分时钟接口和系统复位接口。
15.本实用新型的有益技术效果是：
16.本技术公开了一种基于sip技术的导航信号处理系统，基于dsp fpga架构的数字信号处理技术，而且具备多种通信接口芯片，可以实现对相应的导航信号进行处理，满足实际使用需求，使得处理结果更加精确。而针对该系统裸芯数量多、互联情况复杂、需要高密度布线的情况，采用sip微系统封装技术使得电路结构得到简化，让封装体积更小、模块高度更低，质量更轻，进一步满足小型化、高密度的市场需求。
17.封装管壳的下表面采用出针的方式增加板级焊接的牢固度，封装管壳的焊环采用u型槽设计，便于释放焊接时产生的应力，解决了管壳面积大的情况下焊接产生的翘曲问题，大大提高大尺寸陶封封装的成功率的同时确保了产品的气密性，使得可靠性更强。
附图说明
18.图1是本技术的导航信号处理系统的电路结构示意图。
19.图2是封装管壳的上表面的器件的布局示意图。
20.图3是封装管壳的正视图和侧视图以及焊环上的u型槽结构的示意图。
21.图4是封装管壳的下表面的出针的示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
23.在产品高性能与小型化和模块化的需求带动下，形成了现今电子产业上相关的两大主流：一个是系统级芯片，简称soc(system on chip)，即在单一的芯片上实现一个系统的功能。另一种是系统级封装，简称sip(system in package)，即通过封装实现系统的功能。军事电子产品具有高性能、小型化、多品种和小批量等特点，sip技术顺应了军事电子的应用需求，因此在这一技术领域具有广泛的应用市场和发展前景。同时，sip具有制造成本低、产品进入市场周期短、灵活的设计与工艺等优点。因此，本技术通过sip技术将导航信号处理系统集成在一颗芯片上，公开了一种基于sip技术的导航信号处理系统，请参考图1所示的结构图：
24.该导航信号处理系统包括数据处理模块、通信接口模块和封装管壳。其中，数据处理模块包括数据处理核心芯片dsp、接口处理芯片fpga、非挥发性配置存储芯片和模数转换芯片ad。在一个实施例中，非挥发性配置存储芯片采用prom实现，图1以此为例。通信接口模块包括若干个通信接口芯片。可选的，通信接口芯片包括rs422芯片、rs485芯片和电平转换芯片中的至少一种，图1以全部包含这三种通信接口芯片为例。
25.在该系统工作时，dsp用于核心算法处理接收到的信号数据，fpga用于数据预处理。dsp与fpga建立通信连接。可选的，dsp与fpga之间基于xintf控制总线和xintf数据地址总线、通过xintf方式建立通信连接。除此之外，如图1所示，dsp与fpga之间还包括epwm、14个io口、三路串行通信接口sci和两路中断接口。dsp还对外提供dsp配置接口和2路gpio接口，fpga对外提供fpga配置接口、140个io接口、一对差分时钟接口和系统复位接口。除此之外，还导航信号处理系统还具有系统电源接口、为系统内的各部分器件供电。
26.fpga与非挥发性配置存储芯片建立通信连接，dsp以自带的flash作为程序存储器，fpga以非挥发性配置存储芯片作为程序存储器。fpga还与模数转换芯片ad和通信接口芯片建立通信连接，并通过各路芯片对外提供接口。具体的：该导航信号处理系统通过模数转换芯片对外提供模拟信号接口、通过rs422芯片对外提供4路rs422接口、通过rs485芯片和对外提供1路rs485接口、通过电平转换芯片对外提供16路io接口。当电平转换芯片为5v转3.3v电平转换芯片时，该导航信号处理系统通过电平转换芯片对外提供16路5v的io接口。
27.数据处理模块和通信接口模块中的所有芯片都通过再布线技术由wire-bond转换flip-chip、并通过倒装焊工艺安装到封装管壳上。倒装焊是一种不使用焊线和引线的集成电路互联和封装的方法，将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连。硅片直接以倒扣方式安装到管壳上，从硅片向四周引出i/o，互联的长度大大缩短，减小了rc延迟，有效地提高了电性能。显然，这种芯片互连方式能提供更高的i/o密度，倒装占有面积几乎与芯片大小一致。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
28.除了各种芯片之外，实际封装时还包括与芯片匹配使用的阻容，数据处理模块和通信接口模块中的芯片以及阻容按照预定布局结构平铺并安装于封装管壳的上表面。在本技术中，封装管壳的上表面的阻容之间的最小布局间隔达到250um，阻容与芯片之间的最小布局间隔达到500um，器件之间的最小布局间隔较小，大大提高了布局密度，减小了sip的封装尺寸，进一步满足小型化、高密度的市场需求。一个实施例中，封装管壳的上表面的布局结构如图2所示，其中附图标记1表示数据处理核心芯片dsp，附图标记2表示接口处理芯片fpga，附图标记3表示模数转换芯片ad，附图标记4表示非挥发性配置存储芯片，附图标记5表示电平转换芯片，附图标记6表示诸如rs422芯片和rs485芯片之类的多个串口通信芯片，附图标记7以及区域中其他相同图示均表示阻容。为了增加板级焊接的牢固度，封装管壳的下表面采用出针的方式。另外，封装管壳的焊框边缘的焊环采用u型槽结构，请参考图3所示的封装管壳的正视图和侧视图以及结构a处的u型槽结构，u型槽结构便于焊接时产生的应力释放，解决了管壳面积大的情况下焊接产生的翘曲问题。
29.基于本技术的这种系统结构，最终封装形成的导航信号处理系统的体积为35.6mm*35.6mm*3.25mm。封装管壳的下表面的标准针的长度为4.57mm，请参考图4所示的示意图。
30.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。