传感器芯片的制作方法

传感器芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器芯片以及一种处理传感器芯片中的传感器信号的方法。
【背景技术】
[0002]传感器趋向于变为集成在芯片中，同时这些芯片提供用于处理这些传感器所提供的信号的处理装置。

【发明内容】

[0003]本发明要解决的问题是提供一种传感器芯片，该传感器芯片促成使处理适应于例如传感器芯片的新变型，而无需进行整片掩模(mask)重新设计。
[0004]该问题由根据权利要求1的特征所述的传感器芯片来解决。
[0005]该传感器芯片包括用于感测测量的感测元件。例如，该感测元件可以是用于进行以下之一的感测元件:用于感测诸如气体或液体之类的流体的流动，或用于感测压力或用于感测湿度或用于感测气体，该列表并不受限。该传感器元件可提供传感器信号，例如模拟形式的传感器信号，该模拟形式的传感器信号优选地由模数转换器转换成数字传感器值。在另一实施例中，该感测元件可直接提供数字传感器值。
[0006]该传感器元件可被布置在芯片上或集成在芯片中，该芯片被称为传感器芯片。除了该传感器元件以外，该芯片优选地还包含例如用于处理传感器信号的集成电路。该传感器芯片优选地包括基底(诸如半导体基底，且优选地为硅基底)以及用于将电路集成到其上的材料层(诸如绝缘层和/或金属层)。
[0007]该传感器芯片还包含芯片上存储器，该芯片上存储器优选地为非易失性存储器，并且优选地为至少一次性可编程的存储器，该存储器也被集成在该芯片中。在该芯片上存储器中，维度N的查找表的配置被存储成用于向N个输入值的组合分配输出值。在另一实施例中，相同维度N或不同维度的附加的一个或多个查找表配置被存储在该芯片上存储器中。
[0008]此查找表配置或每一查找表配置包括查找表头部，该查找表头部包括指示每一维度N的多个采样点的信息。将采样点表示为某维度中的输入值，针对该输入值的输出值被存储在针对其他维度的每一采样点的查找表中。由于空间限制，存储针对所有可能输入值的输出值可能是不可行的。因此，仅选择几个输入值，以将其输出值存储在查找表配置中。对于在两个采样点之间的输入值，可应用插值技术来确定相应的输出值。
[0009]可每维度存储多个采样点区间，而不是每维度存储多个采样点本身。优选地，此查找表头部或每一查找表头部附加地包括与每维度要应用的插值有关的信息，每维度要应用的插值用于为该维度中不匹配这些采样点中的任何一者的输入值确定输出值。具体地，这样的插值的次序可被存储在查找表头部中。
[0010]除了查找表配置头部外，优选地，此查找表配置或每一查找表配置包括在每一维度的两个毗邻采样点之间的区间尺寸，在给定不同采样点之间的区间可能不一定等距的情况下，一个或多个尺寸被存储在芯片上存储器中。最后，优选地，对于此查找表配置或每一查找表配置而言，针对各个维度的采样点的每一组合的输出值被存储在芯片上存储器中。
[0011]在许多应用中，期望出于不同的目的而按顺序处理并因此修改传感器信号值。在这样的场景中，优选地，按顺序应用多个不同的查找表配置，其中具体地，这些查找表配置中的第一查找表配置的输出值表示这些查找表配置中的第二查找表配置的输入值。例如，传感器信号值可经历芯片上变换，包括线性化过程、校准过程和温度补偿过程等等，传感器信号的这些变换中的每一者可通过应用专用的查找表配置来实现。
[0012]发起对查找表配置序列的应用的引擎优选为传感器芯片的系统控制器，该系统控制器操作系统总线、以及将数据复制到系统总线以及从系统总线提取数据。用于按顺序处理不同的查找表配置的相应程序可以是在由系统控制器解释时通过将可经由系统总线在芯片上存储器中找到该查找表配置的存储器地址复制到查找表引擎来使得系统控制器调用不同的查找表的微程序。查找表引擎优选包含硬接线的寄存器并且优选地仅可执行添加，该查找表引擎可经由存储器地址来获得对主题查找表配置的访问并将相关的数据复制到其寄存器中。在接收了由系统控制器经由系统总线复制到查找表引擎中的输入值后，查找表引擎响应于所提供的输入值而执行对输出值的确定。要由系统控制器来解释的微程序优选地被理解为包含硬件级指令的程序。
[0013]在一个实施例中，所有的查找表配置均具有相同的维度N，具体地N = 2。在传感器芯片的查找表配置之一仅要求单个维度的情况下，该一个维度的采样点的数目被设为零。
[0014]因此，根据所引入的实施例的传感器芯片允许对传感器信号的处理，诸如芯片上线性化以及芯片上温度补偿。这借助芯片上存储器(诸如0TP、EEPR0M、RAM等)中存储的一个或多个查找表来实现，由此消除了对复杂且昂贵的算术逻辑单元(ALU)的需要。尤其地，查找表的配置没有被硬编码在传感器芯片的数字部分中。相反，查找表配置优选地被存储在芯片上存储器中，该查找表配置优选包括查找表头部和输出值。该查找表头部由例如查找表引擎中的芯片上逻辑来解码以提取所需的关于查找表的信息。因此，该查找表的配置优选地包括每维度多个采样点、采样点的位置，并且相应的输出值不再被硬编码在传感器芯片的数字部分中，而是被存储在芯片上存储器中。此外，优选地，例如按顺序调用芯片上存储器中存储的不同查找表的处理步骤不再被硬编码，而是以微程序(宏)的形式被存储在芯片上存储器中，并由传感器芯片的系统控制器来执行。另一方面，输出值的确定并不基于如在使用全尺寸微处理器时将可行的数学方法。微处理器改为将需要小规模传感器芯片中不可用的大规模芯片尺寸。由于也不需要主存储器，于是也可节省芯片尺寸。在一个实施例中，查找表引擎仅对寄存器和总线进行操作，并且优选地，查找表操作仅通过例如借助移位寄存器来应用加法来执行的，而没有乘法或其他更高阶的操作。查找表配置可在需要的情况下在芯片上存储器中分配。
[0015]总而言之，针对新项目而重新使用传感器芯片中的数据处理单元不再受到对芯片进行重新掩模以用于实现新查找表和/或这样的查找表的新处理序列的巨大努力的限制。现在，数据路径和/或查找表的改变可在无需进行整片掩模重新设计的情况下被实现。在不需要新的下线流片的情况下，传感器芯片的以下参数可优选被改变:
[0016]查找表数目
[0017]查找表配置
[0018]查找表的数据路径/处理序列
[0019]查找表的样本点
[0020]由于对存储器使用进行优化，查找表在芯片上存储器中的位置。
[0021]优选地，查找表配置要求一个或多个离散的输入值，并且作为相应提供离散的输出值。因此，期望将数字形式的传感器值作为一个或多个输入值之一应用于查找表。在此上下文中，传感器值不应仅包括在模数转换器的输出处(如果有的话)或在感测元件输出处的传感器值，而还应包括已经根据一个或多个查找表配置进行了修改的传感器值。因此，查找表的输出值也可被看作传感器值，即该输出值是从由感测元件或模数转换器原始提供的传感器值导出的传感器值。
[0022]在一维查找表配置中，传感器值可以是被映射到相应的输出值的一个输入值。然而，在二维或多维查找表配置中，至少一个其他输入值被应用，以使得查找表提供针对两个输入值的特定组合定义的输出值。
[0023]此一个或多个其他输入值可包括该设备的操作值(诸如加热器电流或加热时间值等)，或者可包括由另一感测元件提供的另一传感器值，该另一传感器优选也被布置在该传感器芯片上或被集成在该传感器芯片中。该另一传感器可例如是温度传感器和/或湿度传感器，这些传感器被提供用于补偿原始感测元件的传感器信号中由温度和/或湿度引起的偏差。在这方面，用于被配置用于该目的的温度补偿的查找表可包括两个维度并预期两个输入值(即，传感器值和温度值)，响应于该输入值，查找表提供表示经温度补偿的传感器值的输出值。在其他感测元件以模拟形式提供其传感器信号的情况下，另一模数转换器可被布置在芯片上以用于将该其他传感器信号从其模拟形式转换成一系列数字形式的其他传感器值。在转换后，每一数字传感器信号或其他传感器信号可被临时地存储在分配的寄存器中，并由系统控制器从寄存器中提取以用于将相应的传感器值作为输入值应用于查找表配置。然而，在另一实施例中，该输入信号或任何其他输入信号也可从传感器芯片外部提供，并且具体地可以是表示来自传感器芯片外部的传感器的传感器值的输入值。
[0024]根据本发明的另一方面，提供了用于处理传感器芯片中的传感器信号的方法。传感器芯片的感测元件感测测量，并提供传感器信号。传感器值从该传感器信号中导出，并且到维度N的查找表的配置的输入值被存储在传感器芯片的芯片上存储器中，以用于将输出值分配给