本技術屬于系統(tǒng)級封裝芯片，尤其涉及一種基于fpga的隔離sip芯片。

背景技術：

1、sip（system?in?package）芯片，中文譯為“系統(tǒng)級封裝”，與傳統(tǒng)的單芯片封裝不同，sip技術在一個封裝內集成了多個不同功能的芯片或元件，這些芯片可以是數字處理器、模擬電路、存儲器、傳感器等。通過這種方式，sip能夠實現高度集成和多功能的系統(tǒng)解決方案。

2、基于fpga的全隔離sip（system?in?package）芯片結合了fpga的靈活性和高性能以及sip的高度集成和隔離特性，適用于多種需要高性能、高可靠性及電氣隔離的應用場景，例如可以將fpga芯片與控制risc-v運算的微控制器芯片集成在一個封裝芯片內，便可以通過fpga芯片控制risc-v的加速運算，有效提高運算速度以及運算效率。

3、隔離控制器在多領域多行業(yè)種都有這廣泛的應用，如工業(yè)控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、航空航天、企業(yè)電子、汽車電子醫(yī)療設備等領域。其大多是基于pcb板級集成核心控制器，如mcu，fpga，arm，rsic-v等，在外部通用io連接數字隔離器，在電源部分增加隔離電源。

4、隔離電源的基本原理是通過變壓器、光耦等隔離器件，將輸入電源與輸出電源在電氣上進行隔離，以阻止電流在輸入和輸出之間直接流通?？梢蕴峁┯行У碾姎飧綦x，保障人員和設備的安全。有效隔離輸入側的噪聲、干擾和故障，防止其傳播到輸出側，保護后端負載免受影響。避免接地回路問題，減少潛在的電氣事故。具有良好的穩(wěn)定性，輸入電壓的波動和變化對輸出電壓的影響較小，提供穩(wěn)定的輸出電壓。具有過壓保護、過流保護、短路保護等功能，提高電源系統(tǒng)的可靠性和耐用性，防止異常情況損壞負載。

5、對arm、mcu、fpga等微控制器提出了新的要求，對電子元件的emc、emi、以及esd與傳統(tǒng)設備兼容上提出了新的要求。但是傳統(tǒng)的分立器件控制隔離方案，控制器加隔離芯片，占用體積大，外部電源復雜，不適用于體積小集成度高的sip芯片，因此有必要設計一種應用于sip芯片的隔離控制方案，在不占用sip芯片過多體積條件下，還可以提高芯片的隔離控制能力。

技術實現思路

1、本實用新型提供一種基于fpga的隔離sip芯片，通過數字隔離器將基于fpga的sip芯片上的所有io進行隔離，有效防止外部信號波動，同時對數字隔離器布置進行設計，不占用芯片過多體積。

2、本實用新型的其他目的和優(yōu)點可以從本實用新型所揭露的技術特征中得到進一步的了解。

3、為達上述之一或部分或全部目的或其他目的，本實用新型一技術方案所提供的一種基于fpga的隔離sip芯片，包括放置在基板上的微控制器芯片以及fpga芯片，所述微控制器芯片以及fpga芯片之間通過并行接口連接；

4、所述fpga芯片、微控制器芯片與收發(fā)器、總線控制芯片之間設置有多路數字隔離器a、多路數字隔離器b以及多路數字隔離器c；所述多路數字隔離器a兩端連接所述fpga芯片以及所述收發(fā)器；所述多路數字隔離器b兩端連接所述fpga芯片與收發(fā)器，以及連接所述微控制器芯片與所述總線控制芯片；所述多路數字隔離器c的兩端連接所述收發(fā)器與所述fpga芯片，以及連接所述微控制器芯片與所述總線控制芯片；所述微控制器芯片與差分信號傳輸控制芯片之間通過多對數字隔離器進行信號隔離。本實用新型的基于fpga的全隔離sip芯片，對芯片上控制器的所有io接口使用了數字隔離器進行隔離，防止外部信號的波動，保護核心控制器，同時使用多個多路數字隔離器進行復用，在保證隔離效果的同時還可以減小芯片體積。

5、所述多路數字隔離器a用于所述fpga芯片傳輸至所述收發(fā)器的輸出信號的隔離；所述多路數字隔離器b用于所述fpga芯片傳輸至所述收發(fā)器的輸出信號的隔離，以及用于所述微控制器芯片傳輸至所述總線控制芯片的輸出信號以及數據起始位信號的隔離；所述多路數字隔離器c用于所述收發(fā)器回傳至所述fpga芯片上的回傳信號的隔離，以及所述總線控制芯片回傳至所述微控制器芯片的回傳信號的隔離。

6、所述多路數字隔離器b將所述微控制器芯片的輸出信號以及數據起始位信號進行分組，每組信號包括1個輸出信號以及1個數據起始位信號，每組信號傳遞至一個總線控制芯片。

7、所述多路數字隔離器a、多路數字隔離器b以及多路數字隔離器c可隔離信號的數量相同。

8、所述總線控制芯片上設置有總線接口，所述總線控制芯片固定在所述基板上。

9、所述fpga芯片上還連接有多通道adc芯片，所述多通道adc芯片上設置有多個adc接口，多個所述多通道adc芯片固定在所述基板上。

10、所述差分信號傳輸控制芯片在所述微控制器芯片的兩側設置多個，多個所述差分信號傳輸控制芯片分組，每組所述差分信號傳輸控制芯片與一個多對數字隔離器連接，多個所述多對數字隔離器通過信號線連接至所述微控制器芯片。

11、任一個所述的多對數字隔離器與所述微控制器芯片之間設置有一對信號線，一對信號線用于傳遞所述微控制器芯片的輸出信號以及接收所述差分信號傳輸控制芯片的回傳信號。

12、所述差分信號傳輸控制芯片上設置有多個差分信號傳輸接口，所述差分信號傳輸控制芯片固定在所述基板上。

13、所述基板上設置有電源芯片，所述電源芯片內集成有降壓轉換器芯片。

14、與現有技術相比，本實用新型的有益效果主要包括：

15、1、使用多個多路數字隔離器進行復用，依據微控制器芯片與總線控制器芯片之間以及fpga芯片與收發(fā)器之間傳遞的信號數量，合理的選擇每個多路數字隔離器可隔離信號的數量，同時選擇兩個多路數字隔離器用于微控制器芯片、fpga芯片向總線控制器芯片以及收發(fā)器進行信號傳遞，選擇一個多路數字隔離器用于信號回傳，經過復用，可以減少多路數字隔離器的數量，減小芯片體積，同時將fpga、微控制器芯片以及數字隔離器集成在一個封裝內，減少了對外部環(huán)境的暴露，在一個封裝內可以更好的控制組件之間距離及布線，保證隔離sip芯片具有較好的隔離效果。

16、2、將fpga、微控制器芯片以及數字隔離器使用系統(tǒng)級封裝工藝（sip）進行合封，可以縮短信號的傳輸路徑，減少信號的衰減和失真，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。

17、為讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

技術特征：

1.一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，包括放置在基板上的微控制器芯片以及fpga芯片，所述微控制器芯片以及fpga芯片之間通過并行接口連接；

2.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述多路數字隔離器a用于所述fpga芯片傳輸至所述收發(fā)器的輸出信號的隔離；

3.根據權利要求2所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述多路數字隔離器b將所述微控制器芯片的輸出信號以及數據起始位信號進行分組，每組信號包括1個輸出信號以及1個數據起始位信號，每組信號傳遞至一個總線控制芯片。

4.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述多路數字隔離器a、多路數字隔離器b以及多路數字隔離器c可隔離信號的數量相同。

5.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述總線控制芯片上設置有總線接口，所述總線控制芯片固定在所述基板上。

6.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述fpga芯片上還連接有多通道adc芯片，所述多通道adc芯片上設置有多個adc接口，所述多通道adc芯片固定在所述基板上。

7.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述差分信號傳輸控制芯片在所述微控制器芯片的兩側設置多個，多個所述差分信號傳輸控制芯片分組，每組所述差分信號傳輸控制芯片與一個多對數字隔離器連接，多個所述多對數字隔離器通過信號線連接至所述微控制器芯片。

8.根據權利要求7所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，任一個所述的多對數字隔離器與所述微控制器芯片之間設置有一對信號線，一對信號線用于傳遞所述微控制器芯片的輸出信號以及接收所述差分信號傳輸控制芯片的回傳信號。

9.根據權利要求7所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述差分信號傳輸控制芯片上設置有多個差分信號傳輸接口，所述差分信號傳輸控制芯片固定在所述基板上。

10.根據權利要求1所述的一種基于fpga的隔離sip芯片，其特征在于，所述基板上設置有電源芯片，所述電源芯片內集成有降壓轉換器芯片。

技術總結
本技術提供一種基于FPGA的隔離SIP芯片，包括放置在基板上的微控制器芯片以及FPGA芯片，所述微控制器芯片以及FPGA芯片之間通過并行接口連接；所述FPGA芯片、微控制器芯片與收發(fā)器、總線控制芯片之間通過多路數字隔離器進行信號隔離；所述微控制器芯片與差分信號傳輸控制芯片之間通過多對數字隔離器進行信號隔離。本技術基于FPGA的全隔離SIP芯片，對芯片上控制器的所有IO接口使用了數字隔離器進行隔離，防止外部信號的波動，保護核心控制器，同時使用多個多路數字隔離器進行復用，可以減少多路數字隔離器的數量，減小芯片體積。

技術研發(fā)人員：高小龍,趙軍輝,魏育成
受保護的技術使用者：蘇州中科集智電子科技有限公司
技術研發(fā)日：20241111
技術公布日：2024/12/19