傳感器芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器芯片以及一種處理傳感器芯片中的傳感器信號的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器趨向于變?yōu)榧稍谛酒?，同時(shí)這些芯片提供用于處理這些傳感器所提供的信號的處理裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的問題是提供一種傳感器芯片，該傳感器芯片促成使處理適應(yīng)于例如傳感器芯片的新變型，而無需進(jìn)行整片掩模(mask)重新設(shè)計(jì)。
[0004]該問題由根據(jù)權(quán)利要求1的特征所述的傳感器芯片來解決。
[0005]該傳感器芯片包括用于感測測量的感測元件。例如，該感測元件可以是用于進(jìn)行以下之一的感測元件:用于感測諸如氣體或液體之類的流體的流動，或用于感測壓力或用于感測濕度或用于感測氣體，該列表并不受限。該傳感器元件可提供傳感器信號，例如模擬形式的傳感器信號，該模擬形式的傳感器信號優(yōu)選地由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字傳感器值。在另一實(shí)施例中，該感測元件可直接提供數(shù)字傳感器值。
[0006]該傳感器元件可被布置在芯片上或集成在芯片中，該芯片被稱為傳感器芯片。除了該傳感器元件以外，該芯片優(yōu)選地還包含例如用于處理傳感器信號的集成電路。該傳感器芯片優(yōu)選地包括基底(諸如半導(dǎo)體基底，且優(yōu)選地為硅基底)以及用于將電路集成到其上的材料層(諸如絕緣層和/或金屬層)。
[0007]該傳感器芯片還包含芯片上存儲器，該芯片上存儲器優(yōu)選地為非易失性存儲器，并且優(yōu)選地為至少一次性可編程的存儲器，該存儲器也被集成在該芯片中。在該芯片上存儲器中，維度N的查找表的配置被存儲成用于向N個(gè)輸入值的組合分配輸出值。在另一實(shí)施例中，相同維度N或不同維度的附加的一個(gè)或多個(gè)查找表配置被存儲在該芯片上存儲器中。
[0008]此查找表配置或每一查找表配置包括查找表頭部，該查找表頭部包括指示每一維度N的多個(gè)采樣點(diǎn)的信息。將采樣點(diǎn)表示為某維度中的輸入值，針對該輸入值的輸出值被存儲在針對其他維度的每一采樣點(diǎn)的查找表中。由于空間限制，存儲針對所有可能輸入值的輸出值可能是不可行的。因此，僅選擇幾個(gè)輸入值，以將其輸出值存儲在查找表配置中。對于在兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的輸入值，可應(yīng)用插值技術(shù)來確定相應(yīng)的輸出值。
[0009]可每維度存儲多個(gè)采樣點(diǎn)區(qū)間，而不是每維度存儲多個(gè)采樣點(diǎn)本身。優(yōu)選地，此查找表頭部或每一查找表頭部附加地包括與每維度要應(yīng)用的插值有關(guān)的信息，每維度要應(yīng)用的插值用于為該維度中不匹配這些采樣點(diǎn)中的任何一者的輸入值確定輸出值。具體地，這樣的插值的次序可被存儲在查找表頭部中。
[0010]除了查找表配置頭部外，優(yōu)選地，此查找表配置或每一查找表配置包括在每一維度的兩個(gè)毗鄰采樣點(diǎn)之間的區(qū)間尺寸，在給定不同采樣點(diǎn)之間的區(qū)間可能不一定等距的情況下，一個(gè)或多個(gè)尺寸被存儲在芯片上存儲器中。最后，優(yōu)選地，對于此查找表配置或每一查找表配置而言，針對各個(gè)維度的采樣點(diǎn)的每一組合的輸出值被存儲在芯片上存儲器中。
[0011]在許多應(yīng)用中，期望出于不同的目的而按順序處理并因此修改傳感器信號值。在這樣的場景中，優(yōu)選地，按順序應(yīng)用多個(gè)不同的查找表配置，其中具體地，這些查找表配置中的第一查找表配置的輸出值表示這些查找表配置中的第二查找表配置的輸入值。例如，傳感器信號值可經(jīng)歷芯片上變換，包括線性化過程、校準(zhǔn)過程和溫度補(bǔ)償過程等等，傳感器信號的這些變換中的每一者可通過應(yīng)用專用的查找表配置來實(shí)現(xiàn)。
[0012]發(fā)起對查找表配置序列的應(yīng)用的引擎優(yōu)選為傳感器芯片的系統(tǒng)控制器，該系統(tǒng)控制器操作系統(tǒng)總線、以及將數(shù)據(jù)復(fù)制到系統(tǒng)總線以及從系統(tǒng)總線提取數(shù)據(jù)。用于按順序處理不同的查找表配置的相應(yīng)程序可以是在由系統(tǒng)控制器解釋時(shí)通過將可經(jīng)由系統(tǒng)總線在芯片上存儲器中找到該查找表配置的存儲器地址復(fù)制到查找表引擎來使得系統(tǒng)控制器調(diào)用不同的查找表的微程序。查找表引擎優(yōu)選包含硬接線的寄存器并且優(yōu)選地僅可執(zhí)行添加，該查找表引擎可經(jīng)由存儲器地址來獲得對主題查找表配置的訪問并將相關(guān)的數(shù)據(jù)復(fù)制到其寄存器中。在接收了由系統(tǒng)控制器經(jīng)由系統(tǒng)總線復(fù)制到查找表引擎中的輸入值后，查找表引擎響應(yīng)于所提供的輸入值而執(zhí)行對輸出值的確定。要由系統(tǒng)控制器來解釋的微程序優(yōu)選地被理解為包含硬件級指令的程序。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所有的查找表配置均具有相同的維度N，具體地N = 2。在傳感器芯片的查找表配置之一僅要求單個(gè)維度的情況下，該一個(gè)維度的采樣點(diǎn)的數(shù)目被設(shè)為零。
[0014]因此，根據(jù)所引入的實(shí)施例的傳感器芯片允許對傳感器信號的處理，諸如芯片上線性化以及芯片上溫度補(bǔ)償。這借助芯片上存儲器(諸如0TP、EEPR0M、RAM等)中存儲的一個(gè)或多個(gè)查找表來實(shí)現(xiàn)，由此消除了對復(fù)雜且昂貴的算術(shù)邏輯單元(ALU)的需要。尤其地，查找表的配置沒有被硬編碼在傳感器芯片的數(shù)字部分中。相反，查找表配置優(yōu)選地被存儲在芯片上存儲器中，該查找表配置優(yōu)選包括查找表頭部和輸出值。該查找表頭部由例如查找表引擎中的芯片上邏輯來解碼以提取所需的關(guān)于查找表的信息。因此，該查找表的配置優(yōu)選地包括每維度多個(gè)采樣點(diǎn)、采樣點(diǎn)的位置，并且相應(yīng)的輸出值不再被硬編碼在傳感器芯片的數(shù)字部分中，而是被存儲在芯片上存儲器中。此外，優(yōu)選地，例如按順序調(diào)用芯片上存儲器中存儲的不同查找表的處理步驟不再被硬編碼，而是以微程序(宏)的形式被存儲在芯片上存儲器中，并由傳感器芯片的系統(tǒng)控制器來執(zhí)行。另一方面，輸出值的確定并不基于如在使用全尺寸微處理器時(shí)將可行的數(shù)學(xué)方法。微處理器改為將需要小規(guī)模傳感器芯片中不可用的大規(guī)模芯片尺寸。由于也不需要主存儲器，于是也可節(jié)省芯片尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，查找表引擎僅對寄存器和總線進(jìn)行操作，并且優(yōu)選地，查找表操作僅通過例如借助移位寄存器來應(yīng)用加法來執(zhí)行的，而沒有乘法或其他更高階的操作。查找表配置可在需要的情況下在芯片上存儲器中分配。
[0015]總而言之，針對新項(xiàng)目而重新使用傳感器芯片中的數(shù)據(jù)處理單元不再受到對芯片進(jìn)行重新掩模以用于實(shí)現(xiàn)新查找表和/或這樣的查找表的新處理序列的巨大努力的限制?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)路徑和/或查找表的改變可在無需進(jìn)行整片掩模重新設(shè)計(jì)的情況下被實(shí)現(xiàn)。在不需要新的下線流片的情況下，傳感器芯片的以下參數(shù)可優(yōu)選被改變:
[0016]查找表數(shù)目
[0017]查找表配置
[0018]查找表的數(shù)據(jù)路徑/處理序列
[0019]查找表的樣本點(diǎn)
[0020]由于對存儲器使用進(jìn)行優(yōu)化，查找表在芯片上存儲器中的位置。
[0021]優(yōu)選地，查找表配置要求一個(gè)或多個(gè)離散的輸入值，并且作為相應(yīng)提供離散的輸出值。因此，期望將數(shù)字形式的傳感器值作為一個(gè)或多個(gè)輸入值之一應(yīng)用于查找表。在此上下文中，傳感器值不應(yīng)僅包括在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出處(如果有的話)或在感測元件輸出處的傳感器值，而還應(yīng)包括已經(jīng)根據(jù)一個(gè)或多個(gè)查找表配置進(jìn)行了修改的傳感器值。因此，查找表的輸出值也可被看作傳感器值，即該輸出值是從由感測元件或模數(shù)轉(zhuǎn)換器原始提供的傳感器值導(dǎo)出的傳感器值。
[0022]在一維查找表配置中，傳感器值可以是被映射到相應(yīng)的輸出值的一個(gè)輸入值。然而，在二維或多維查找表配置中，至少一個(gè)其他輸入值被應(yīng)用，以使得查找表提供針對兩個(gè)輸入值的特定組合定義的輸出值。
[0023]此一個(gè)或多個(gè)其他輸入值可包括該設(shè)備的操作值(諸如加熱器電流或加熱時(shí)間值等)，或者可包括由另一感測元件提供的另一傳感器值，該另一傳感器優(yōu)選也被布置在該傳感器芯片上或被集成在該傳感器芯片中。該另一傳感器可例如是溫度傳感器和/或濕度傳感器，這些傳感器被提供用于補(bǔ)償原始感測元件的傳感器信號中由溫度和/或濕度引起的偏差。在這方面，用于被配置用于該目的的溫度補(bǔ)償?shù)牟檎冶砜砂▋蓚€(gè)維度并預(yù)期兩個(gè)輸入值(即，傳感器值和溫度值)，響應(yīng)于該輸入值，查找表提供表示經(jīng)溫度補(bǔ)償?shù)膫鞲衅髦档妮敵鲋?。在其他感測元件以模擬形式提供其傳感器信號的情況下，另一模數(shù)轉(zhuǎn)換器可被布置在芯片上以用于將該其他傳感器信號從其模擬形式轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字形式的其他傳感器值。在轉(zhuǎn)換后，每一數(shù)字傳感器信號或其他傳感器信號可被臨時(shí)地存儲在分配的寄存器中，并由系統(tǒng)控制器從寄存器中提取以用于將相應(yīng)的傳感器值作為輸入值應(yīng)用于查找表配置。然而，在另一實(shí)施例中，該輸入信號或任何其他輸入信號也可從傳感器芯片外部提供，并且具體地可以是表示來自傳感器芯片外部的傳感器的傳感器值的輸入值。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于處理傳感器芯片中的傳感器信號的方法。傳感器芯片的感測元件感測測量，并提供傳感器信號。傳感器值從該傳感器信號中導(dǎo)出，并且到維度N的查找表的配置的輸入值被存儲在傳感器芯片的芯片上存儲器中，以用于將輸出值分配給