传感器模块制造技术

一种传感器模块，包括：主传感器单元(1)，用于感测第一环境参数；从传感器单元(2)，用于感测第二环境参数；共同基板(3)，所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)安装在所述共同基板上；以及数字总线接口(4)，用于所述主传感器单元(1)与所述从传感器单元(2)之间的通信。所述主传感器单元(1)包括用于存储所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)的校准数据和配置数据的非易失性存储器(12)。所述主传感器单元(1)被实施为第一芯片，并且所述从传感器单元(2)被实施为第二芯片。这种传感器模块是紧凑的、鲁棒的和通用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器模块
本专利技术涉及一种传感器模块。
技术介绍
期望传感器模块不仅感测一个环境参数，而且感测各种环境参数，诸如相对湿度、温度、气体浓度或气溶胶浓度中的至少两个量。为了实现该目标，通常将多个单独的传感器连接到中央控制单元并由其控制，该中央控制单元表示与传感器分离并可能远离传感器布置的物理实体。然而，这种设置导致大的且易受干扰的传感器布置。生成更紧凑装置的方法是将不同的传感器组合在单个芯片上。然而，由于不同传感器的不同工作原理和/或工作状况和/或不同制造工艺，这种组合带来了困难。例如，MOX(金属氧化物)气体传感器需要加热器用以加热敏感元件，而加热器所生成的热破坏例如温度传感器的测量。或者，MOX气体传感器可能不太适于与其它传感器CMOS(互补金属氧化物半导体)共同集成。因此，开发单个芯片上具有不同传感器的紧凑传感器模块可能是昂贵且复杂的。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种用于感测不同环境参数的传感器模块，其克服了现有传感器装置的缺点和限制。通过一种传感器模块解决了该问题，该传感器模块包括用于感测第一环境参数的主传感器单元和用于感测第二环境参数的从传感器单元。主传感器单元和从传感器单元安装在共同基板上，并且使用数字总线接口用于主传感器单元与从传感器单元之间的通信。要由传感器单元感测的环境参数通常表示传感器模块的环境中的介质的物理量，该介质优选地是空气。环境参数可以例如是周围环境的相对湿度、传感器模块的周围环境的温度、目标气体浓度或目标气溶胶浓度，特别是周围环境中的颗粒物浓度。具体地，目标气体可包括气体混合物(诸如挥发性有机化合物)，或者单独的气体(诸如单独的挥发性有机化合物(例如，乙醇、甲醛、异丙醇)、氧化氮、氢气、臭氧、一氧化碳、氨气或二氧化碳)。不同的目标气体应该构成不同的环境参数。不同的目标气溶胶应该构成不同的环境参数。然而，单独目标气体或单独气溶胶的不同浓度范围也应被视为不同的环境参数。对除目标气体以外的气体具有不同交叉灵敏度的传感器(特别是气体传感器)应被认为是感测不同环境参数的传感器单元。当例如由光学粒子计数器所感测的颗粒物被分类到不同的尺寸/尺寸范围(例如，颗粒物尺寸为1、2.5、5、10等，单位均为微米)时，这些颗粒物应该构成不同的环境参数。优选地，主传感器单元和一个或多个从传感器单元所感测的环境参数彼此不同。共同基板例如可以是电路板(优选地是印刷电路板)、陶瓷基板、引线框架之一，传感器单元可以安装到该共同基板并且例如通过接合线电连接到该共同基板。或者，共同基板可以是任何形式的支撑件，主传感器单元和从传感器单元可以安装在该支撑件上，并且传感器单元经由该支撑件(例如通过基板上或基板中的导线)彼此电连接。主传感器单元和从传感器单元是独立的物理实体，诸如两个单独的单元，诸如两个单独的半导体芯片，并且尤其是各自包含一个传感器的两个单独的集成电路。虽然明确地称为主传感器单元和从传感器单元，但是主传感器单元和从传感器单元在下文中可以统称为传感器单元。所提出的传感器模块在传感器单元之间建立主从关系，这可以实现空间节省和紧凑的配置，这是因为主传感器单元不仅是控制单元，而且还测量物理量。例如，主传感器单元可包括湿度传感器或组合的湿度和温度传感器，其中，温度传感器优选地被设置和布置为感测传感器模块的周围环境的温度。同时，所提出的传感器模块允许使用具有有限处理功能和/或有限存储容量和/或有限数据可用性和/或有限接口能力的传感器作为从传感器单元-诸如MOX气体传感器和/或电化学气体传感器(例如用于CO2)和/或光学粒子计数器(例如用于测量气溶胶浓度)，它们分别被实现为传感器芯片-而不会破坏主传感器单元的测量或破坏主传感器单元本身。因此，传感器模块提供用于检测环境状况的手段。环境状况对人类的健康、舒适度和生产力具有重大影响。传感器模块可以提供关于关键环境参数(诸如湿度、温度、挥发性有机化合物(VOC)、颗粒物(PM2.5μm)和/或CO2)的详细和可靠的数据。环境参数的可靠检测和评估打开了创造更智能的装置的新的可能性，这些装置改善了人类的舒适度和健康并且在各种应用中提高了能量效率。例如，传感器模块的应用可包括但不限于：监测和/或分析室内空气质量、室外空气质量、通风空气质量或呼吸分析中的一个或多个。在优选的实施例中，从传感器单元包括气体传感器。优选地，气体传感器被实施为以下之一：光学气体传感器；光声气体传感器；热力气体传感器；电化学气体传感器，其中，电化学气体传感器优选是固体电化学(EC)气体传感器或室温有机液体EC气体传感器中的一种。优选地，在基于MOX的气体传感器的情况下，感测CO2以外的目标气体浓度。优选地，在光学气体传感器的情况下，感测CO2的浓度。优选地，在热力气体传感器的情况下，感测高范围(特别是高于由基于MOX的传感器所感测的范围)内的目标气体浓度。优选地，在包括加热器的固体电化学(EC)气体传感器的情况下，感测CO2的浓度。优选地，在室温有机液体电化学(EC)气体传感器的情况下，感测CO2以外的目标气体的浓度，并且优选地与基于MOX的气体传感器相比具有改进的选择性。在不同的实施例中，气体传感器被实施为气溶胶浓度传感器，特别是PM传感器，并且特别是光学粒子计数器。在另一实施例中，气体传感器是湿度传感器。优选地，除了上述传感器单元以外，还提供了另一个传感器单元，其包括以上段落中的列表中的传感器，该传感器感测与从传感器单元不同的环境参数。优选地，除了所述传感器单元和所述另一个传感器单元以外，还提供了又一个传感器单元，其包括上述列表中的传感器，该传感器感测与所述传感器单元和所述另一个传感器单元中之一不同的环境参数。然而，甚至可以提供更多的从传感器单元，分别用于感测不同的环境参数。在优选的实施例中，在一组多个从传感器单元中，至少两个从传感器单元包括上面列出的那些中的气体传感器，用于感测不同的环境参数。不同的传感器单元可以但不必通过相同的工艺技术制造。特别地，在通过应用不同的工艺技术制造不同的传感器单元的情况下，本模块的益处在于，尽管为各种传感器提供了不同的单元，但是仍然实现了紧凑的布置。例如，可以通过与控制单元的处理器的处理技术共同的(诸如CMOS处理)或兼容的(诸如CMOS和MEMS处理)的工艺技术制造的一个传感器可以与处理器集成在一起，并得到主传感器单元，而优选地通过与用于制造主传感器单元的工艺技术不同的工艺技术制造的传感器可以单独制造，并且仅在随后作为从传感器单元与主传感器单元一起安装到共同基板。这可以便于通用传感器组合的开发和生产。在优选的实施例中，传感器模块可包括多于一个从传感器单元，诸如一组从传感器单元，优选地其中，每个从传感器单元被配置为感测与由该组的一个或多个其它从传感器单元所感测的环境参数不同的环境参数。主传感器单元包括用于存储主传感器单元和从传感器单元的校准数据和配置数据的非易失性存储器。校准数据优选地包括以下示例性但非限制性列表的数据类别中的至少一个：-模拟电路的修整数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器模块，包括：/n主传感器单元(1)，被配置为感测第一环境参数；/n从传感器单元(2)，被配置为感测第二环境参数；/n共同基板(3)，所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)安装在所述共同基板(3)上；/n数字总线接口(4)，用于所述主传感器单元(1)与所述从传感器单元(2)之间的通信；/n其中，所述主传感器单元(1)包括非易失性存储器(12)，所述非易失性存储器(12)被配置为存储所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)的校准数据和配置数据，并且/n其中，所述主传感器单元(1)被实施为第一芯片，并且所述从传感器单元(2)被实施为第二芯片。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180312 EP 18161279.71.一种传感器模块，包括：
主传感器单元(1)，被配置为感测第一环境参数；
从传感器单元(2)，被配置为感测第二环境参数；
共同基板(3)，所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)安装在所述共同基板(3)上；
数字总线接口(4)，用于所述主传感器单元(1)与所述从传感器单元(2)之间的通信；
其中，所述主传感器单元(1)包括非易失性存储器(12)，所述非易失性存储器(12)被配置为存储所述主传感器单元(1)和所述从传感器单元(2)的校准数据和配置数据，并且
其中，所述主传感器单元(1)被实施为第一芯片，并且所述从传感器单元(2)被实施为第二芯片。


2.根据权利要求1所述的传感器模块，包括一组从传感器单元(2)，该组的每个从传感器单元(2)被配置为感测与该组的一个或多个其它从传感器单元(2)所感测的环境参数不同的环境参数，该组的每个从传感器单元(2)被实施为单独的芯片。


3.根据权利要求1或2所述的传感器模块，
其中，所述主传感器单元(1)和所述至少一个从传感器单元(2)被配置为基于针对每个传感器单元具有共同时钟周期和共同相位的共同时钟同步地运行，
优选地，其中，所述主传感器单元(1)被配置为接收一个外部时间基准，特别地从石英接收，并且被配置为从所接收的外部时间基准获得所述共同时钟，
优选地，其中，所述主传感器单元(1)被配置为将所述共同时钟提供给所有从传感器单元(2)。


4.根据权利要求3所述的传感器模块，
其中，经由单个引脚上的所述数字总线接口(4)上的组合信号(40)将所述共同时钟(43)和复位信号(41)提供给所述至少一个从传感器单元(2)，
其中，如果所述共同时钟周期以定义的方式偏离标称共同时钟周期，则在所述至少一个从传感器单元(2)中从所述组合信号(40)获得复位脉冲(42)。


5.根据权利要求4所述的传感器模块，
其中，所述至少一个从传感器单元(2)包括复位序列检测器(45)，
其中，当在所述组合信号(40)中检测到比标称高时间更长的高脉冲之后紧跟着比标称低时间更短的低脉冲时，所述复位序列检测器(45)生成所述复位脉冲(42)。


6.根据权利要求4或5所述的传感器模块，
其中，所述数字总线接口(4)上的所述组合信号(40)另外用于向所述至少一个从传感器单元(2)提供电源电压(44)，
优选地，其中，所述组合信号(40)中的高脉冲的累积持续时间比低脉冲的累积持续时间长。


7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器模块，其中，所述主传感器单元(1)包括测量序列单元(16)，所述测量序列单元(16)被配置为触发所述传感器单元(1，2)的测量序列；
特别地，其中，所述测量序列单元(16)被配置为，优选地基于所有传感器单元(1，2)应用的所述共同时钟，优选地基于所述共同时钟周期的多个整数的频率，同步地触发所述传感器单元(1，2)的测量序列，
特别地，其中，所述测量序列单元(16)被配置为同时触发所有传感器单元(1，2)的测量，
特别地，其中，所述测量序列单元(16)被配置为，依据不同的传感器单元(2，1)测量的值启动传感器单元(1，2)的测量。


8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器模块，其中，
包括所述主传感器单元(1)的接口(9)，用于与所述传感器模块外部的一个或多个单元进行通信；
其中，所述传感器模块被配置为仅经由所述主传感器单元(1)的所述接口(9)与一个或多个外部单元进行通信，
其中，所有从传感器单元(2)通过同一数字总线接口(4)连接到所述主传感器单元(1)，
其中，所述数字总线接口(4)的协议被配置为，使每个从传感器单元(2)仅与所述主传感器单元(1)进行通信，
优选地，其中，所述数字总线接口(4)是两线接口或单线接口。


9.根据前述权利要求中的一项所述的传感器模块，其中，所述主传感器单元(1)包括湿度传感器，特别是组合的湿度和温度传感器，特别地，其中，所述温度传感器被布置和配置为确定所述传感器模块的周围环境的温度。


10.根据前述权利要求中的一项所述的传感器模块，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·施泰纳万哈，S·富雷尔，M·普卢斯，U·巴尔奇，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH