其中，微码化的CPU或MCU决定了系统级传感器的智能化控制，在这个结构基础上只需向传感器内部输入基础指令，例如When、What，CPU或MCU即可完成一系列控制运算分析并将结果输出。因此，将CPU或MCU集成在传感器内部是实现所述系统级传感器智能化的关键。另外，本发明的ASIC集成电路还可以根据需求增设或减少相应功能模块，并不局限于此。
[0019]进一步的，所述MEMS传感平台包括MEMS传感器和MEMS执行机构，所述MEMS传感器与传感元互联，MEMS执行机构为接收ASIC集成电路或数模混合电路A/D指令并向MEMS传感器发送动作指令的前端处理电路AFE。
[0020]参见图5，为本发明优选实施例的逻辑示意图，系统级传感器SOS完整的一次工作过程是:通过I/o 口向CPU输入信号，CPU开始工作并可以指令数字信号处理电路DSP对输入信号进行处理后向数模混合电路A/D传输数字信号，数模混合电路A/D将接受到的数字信号转换成模拟信号传输至前端处理电路AFE，也就是MEMS执行机构，由前端处理电路AFE向MEMS传感器发送动作指令，MEMS传感器接收指令后控制传感元采集被测信号并发回至MEMS传感器，MEMS传感器将采集到的信号转换成电信号后发回至前端处理电路AFE，AFE接收后对该信号进行初步处理即传送至数模混合电路，数模混合电路将采集到的模拟信号转换至数字信号后发送至智能控制电路CPU，CPU可以指令数字信号处理电路DSP对该数字信号进行数据处理后发回CPU，CPU将经过运算处理分析后的信号通过I/O 口输出。
[0021]参见图6，所述新型系统级传感器SOS中的ASIC集成电路、MEMS传感平台以及阵列传感元是采用单片集成工艺在硅晶圆片上一体化制作而成。优选地的制作方法是单片集成工艺中的Post-CMOS工艺:准备清洗后的硅晶圆片；在硅晶圆片上通过CM0S、B⑶等集成电路工艺平台将数字电路、模拟电路、智能控制电路、数字运算电路等设计、生产出来，形成ASIC集成电路；在六510电路区域上采用MEMS工艺，通过“盖楼房”的方式分别将MEMS传感器和MEMS执行机构(AFE)分区域设计、生产出来；最后在MEMS传感平台上制作传感元材料层，形成一个完整的系统级传感器芯片。这个新型的芯片级传感器架构等于将传统的几十只集成电路、MEMS传感器和执行机构集成起来，相互之间通过先进的立体电路互联结构组态起来，实现非常复杂的智能传感器功能。当然，本发明的系统级传感器SOS的制作还可以采用其他单片集成工艺，例如Pre-COMS或者Intra-CMOS集成工艺来完成，并不限定于此。
[0022]本发明创建了一种新型的芯片级系统传感器架构，在硅晶圆片上采用单片集成、立体电路加工工艺一体化制作而成，将控制、通讯、传感、分析功能集成在一个系统传感器的芯片内部，实现自我闭环，解决了封装工艺以及外围电路的存在导致的信号不稳定、可靠性和精度不高的问题，全面提高传感器产品性能，能够感测超低信号。
[0023]另外，采用单片集成、立体电路加工工艺制作的芯片级系统传感器，其体积较传统产品有大幅度下降，不仅制造成本显著降低，并且功耗也随之降低，尤其适用于安装至低功耗、小体积的终端产品上。
[0024]总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种芯片级系统传感器，其特征在于: 包括传感元，用于采集信号； MEMS传感平台，用于控制传感元采集信号并将采集到的信号转换为电信号； ASIC集成电路，用于控制MEMS传感平台采集信号并且将采集到的信号进行数据运算、分析、控制、输出； 所述ASIC集成电路、MEMS传感平台以及传感元采用单片集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，相互之间通过立体1C电路互联结构组态起来。2.如权利要求1所述的一种芯片级系统传感器，其特征在于:所述ASIC集成电路包括具有控制、计算、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MCU ;配合CPU或MCU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP ;接收CPU或MCU信号控制并向MEMS传感平台传输控制信号的数模混合电路A/D。3.如权利要求2所述的一种芯片级系统传感器，其特征在于:所述MEMS传感平台包括MEMS传感器和MEMS执行机构，所述MEMS传感器与传感元互联，MEMS执行机构为接收数模混合电路A/D指令并向MEMS传感器发送动作指令的前端处理电路AFE。4.如权利要求1至3任一项所述的一种芯片级系统传感器，其特征在于:所述传感元具有一个或多个传感阵列。5.一种芯片级系统传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: ①准备洁净的硅晶圆片； ②采用集成电路工艺在硅晶圆片上生长出具有控制MEMS传感平台采集信号并且将采集到的信号进行数据运算、分析、控制、输出的功能的ASIC集成电路； ③采用MEMS工艺在ASIC集成电路区域上制作出用于控制传感元采集信号并将采集到的信号转换为电信号的MEMS传感平台； ④在MEMS传感平台上制作用于采集信号的传感元材料层。6.根据权利要求5所述的一种芯片级系统传感器的制备方法，其特征在于:在步骤②中制作的ASIC集成电路包括具有控制、计算、控制、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MCU ;配合CPU或MCU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP ;接收CPU或MCU信号控制并向MEMS传感平台传输控制信号的数模混合电路A/D。7.根据权利要求6所述的一种芯片级系统传感器的制备方法，其特征在于:在步骤③中制作的MEMS传感平台包括MEMS传感器和MEMS执行机构，所述MEMS传感器与传感元互联，MEMS执行机构为接收数模混合电路A/D指令并向MEMS传感器发送动作指令的前端处理电路AFE。8.根据权利要求5至7任一项所述的一种芯片级系统传感器的制备方法，其特征在于:所述传感元具有一个或多个传感阵列。
【专利摘要】本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种新型的芯片级系统传感器（SOS,System？On？Sensor）及其制作方法，包括传感元，用于采集测量所需参数；MEMS传感平台，用于控制传感元采集信号并将采集到的信号转换为电信号；ASIC集成电路，用于控制MEMS传感平台采集信号并且将采集到的信号进行数据运算、分析、控制、输出；所述ASIC集成电路、MEMS传感平台以及传感元是采用单片集成工艺在硅晶圆片上一体化制作而成，相互之间通过立体电路互联结构组态起来，能够将传感、分析、控制、通讯功能集成在体积很小的芯片级传感器内部，实现系统级自我闭环，解决传统外围电路的存在导致的信号不稳定、可靠性和精度不高的问题，全面提高传感器产品性能，尤其适用于安装至高精度、低功耗、超小体积、智能化终端产品上。
【IPC分类】B81C1/00, B81B7/02, B81B7/00
【公开号】CN105253851
【申请号】CN201510578542
【发明人】赵照
【申请人】合肥芯福传感器技术有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月14日