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TWI761515B - 車輛及用於車輛的電子控制單元 - Google Patents

車輛及用於車輛的電子控制單元 Download PDF

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TWI761515B
TWI761515B TW107116982A TW107116982A TWI761515B TW I761515 B TWI761515 B TW I761515B TW 107116982 A TW107116982 A TW 107116982A TW 107116982 A TW107116982 A TW 107116982A TW I761515 B TWI761515 B TW I761515B
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millimeter
wave
connector
coupled
dielectric waveguide
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喬治歐斯 多吉米斯
薩沙 奧斯特
艾里奇 艾伊
肯尼斯 修邁可
喬漢娜 史旺
泰勒斯佛 坎格因
艾戴爾 艾爾雪
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美商英特爾股份有限公司
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Abstract

本發明實施例包含自主式車輛以及用於組件之間的通訊的毫米波系統。在一實施例中，車輛包含電子控制單元(ECU)。ECU可包含印刷電路板(PCB)以及中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在CPU封裝基板上。在一實施例中，CPU封裝基板電性耦接至PCB。ECU也包含外部預定義介面，電性耦接至CPU晶粒。在一實施例中，主動毫米波互連包含介質波導，以及耦接至介質波導的第一端的第一連接件。在一實施例中，第一連接件包括第一毫米波引擎，以及第一連接件電性耦接至該外部預定義介面。一些實施例也可包含第二連接件，耦接至介質波導的第二端，其中第二連接件包括第二毫米波引擎。

Description

車輛及用於車輛的電子控制單元
本發明之實施例屬於半導體封裝領域，特別是形成用於汽車應用的可插拔的毫米波互連。
汽車產業正快速發展朝向自主式及/或自動駕駛車輛的生產。自主式車輛利用許多感測器產生關於車輛相對於周圍物體的位置的資料，物體例如道路、其他車輛、交通號誌、車道標記、行人等。如圖1所示，車輛100可包含任何數量的感測器102、攝影機103和定位系統104，例如全球定位系統(GPS)。舉例而言，感測器102可包含影像感測器、圖像感測器、超音波感測器、雷達感測器、光達(light detection and ranging；LIDAR)感測器等。需要處理由這些組件產生的資料，以便判斷車輛需要如何反應。如此一來，所產生的資料透過一或更多互連從周邊組件傳輸到電子控制單元(ECU)105。因此，自主式及/或自動駕駛車輛所需的附加周邊感測器和其他組件導致在車輛內傳輸 的資料量顯著增加。
目前，正在測試的自主式車輛利用在大約1.0Gbps與1.5Gbps之間的速率進行資料傳輸，並且採用四種不同的低壓差動信號(LVDS)通道，以容許在大約4.0Gbps與6.0Gbps之間的總資料傳輸率。然而，後續幾代的自主式車輛所需的資料傳輸率預期將增加到大約10Gbps或更高(即，使用四個大約2.5Gbps的差分LVDS通道)。這種資料傳輸率的增加遠遠超過當前可用車輛中現有系統的資料傳輸率。舉例而言，用於車輛中的多媒體及娛樂資訊網絡的標準，也就是媒體導向系統傳輸(MOST)匯流排，具有150Mbps的資料傳輸率。
提供高速互連的一些解決方案包含電互連及光學互連。然而，當用於汽車產業時，兩者都具有顯著的缺點。藉由採用多個通道(即電纜)，可利用電互連(例如乙太網路)來達到所需的帶寬。然而，支持汽車產業中所需的短至中等(例如，5公尺至10公尺)互連所需要的資料傳輸率變得越來越昂貴且耗電。舉例而言，為了擴大電纜的長度或電纜上既有的帶寬，可能需要使用更高品質的電纜或採用先進的均衡、調制及/或資料校正技術。可惜的是這些解決方案需要額外的功率且增加系統的延遲。由於需要做出快速決定(例如，制動、迴避操縱、傳動系統校正等)以便確保車輛內的乘客及/或車輛外部的人員及/或財產的安全，因此在自主式車輛中的延遲增加尤其造成問題。
光纖上的光傳輸能夠支持自主式及/或自動駕駛車輛 所需的必要資料傳輸率和距離。然而，因為需要在光學信號和電信號之間進行轉換，使用光學連接導致嚴重的功率和成本損失，特別是對於短距離到中等距離(例如，5公尺至10公尺)。此外，需要精確地保持光學互連的對準。由於可能改變光學互連的對準的振動和其他環境狀況，這在汽車應用中被證明是困難的，也因而降低了光學互連的可靠性。
因此，這兩種技術(傳統的電和光學)對於在周邊感測器和電子控制單元(ECU)之間需要高資料傳輸率、低延遲及低功率互連線的自主式及/或自動駕駛車輛而言不是最佳的。
100:車輛
102:感測器
103:攝影機
104:定位系統
105:電子控制單元
210:ECU
211:ECU外殼
220:主動毫米波互連
225:連接件
226:觸點
227:介質波導
227’:介質波導
228:毫米波引擎
229:毫米波封裝基板
230:感測器
232:管理晶粒
233:調變器晶粒
234:解調器晶粒
235:毫米波傳送器晶粒
236:毫米波接收器晶粒
237:發射器
240:ECU印刷電路板
242:焊料凸塊
243:封裝基板
244:中央處理單元晶粒
246:預定義數位互連介面晶粒
247:預定義數位互連介面晶粒
248:散熱器
249:中央處理單元晶粒
252:預定義介面
254:內部電纜
256:外部預定義介面
261:封裝基板
310:ECU
311:ECU外殼
323:介質波導
327:介質波導
327’:介質波導
328:毫米波引擎
337:發射器
338:波導連接件
339:被動可插拔連接件
339A:母插頭部分
339B:公插頭部分
343:封裝基板
346:預定義數位互連介面晶粒
352:預定義數位介面
362:毫米波封裝基板
410:ECU
443:封裝基板
444:CPU晶粒
445:接觸墊
446:預定義數位互連介面晶粒
451:引腳
452:預定義互連
453:走線
462:毫米波封裝基板
465:接觸墊
510:ECU
528:毫米波引擎
540:PCB
543:封裝基板
544:CPU晶粒
546:預定義介面晶粒
610:ECU側
627:毫米波互連
630:感測器側
681:多工器
682:多工解訊器
683:本地振盪器
684:時鐘及資料恢復塊
691:傳送器塊
692:接收器塊
693:傳送器塊
694:接收器塊
700:計算裝置
702:板材
704:處理器
706:通訊晶片
圖1是根據本發明實施例的汽車示意圖，汽車包含複數個感測器及可通訊地鏈接到電子控制單元(ECU)的其他周邊組件。
圖2A是根據本發明實施例的具有可插拔連接件的主動毫米波互連的截面圖。
圖2B是根據本發明實施例的毫米波引擎的示意圖。
圖2C是根據本發明實施例的具有插入ECU和感測器的可插拔連接件的主動毫米波互連的截面圖。
圖3A是根據本發明實施例的ECU截面圖，ECU包含附接在ECU內部並且耦接至ECU邊緣處的波導連接件的主動毫米波互連。
圖3B是根據本發明實施例的ECU的截面圖，ECU包含附接在ECU內部並且耦接至ECU邊緣處的可拆卸波導連接件的主動毫米波互連。
圖3C是根據本發明實施例的ECU的截面圖，ECU包含附接在ECU內部並且在沒有波導連接件的情況下延伸至ECU之外的主動毫米波互連。
圖4A是根據本發明實施例的ECU的截面圖，ECU包含附接在ECU內部的主動毫米波互連，其中預定義數位互連介面安裝在主動毫米波互連的封裝上。
圖4B是根據本發明實施例的連接件的截面圖，連接件將CPU封裝基板連接至主動毫米波封裝基板。
圖5A是根據本發明實施例的ECU的截面圖，ECU包含安裝在ECU內部的CPU封裝基板上並且耦接至ECU邊緣處的波導連接件的主動毫米波互連。
圖5B是根據本發明實施例的ECU的截面圖，ECU包含安裝在耦接至PCB基板的封裝基板上的主動毫米波互連。
圖6是根據本發明實施例的可以利用ECU與感測器之間的毫米波互連的不對稱收發器架構的部分的方塊圖。
圖7是根據本發明實施例構建的計算裝置的示意圖。
【發明內容】及【實施方式】
本文描述的是根據本發明的實施例的包含用於自主式及/或自動駕駛車輛的毫米波互連的系統。在以下的描述中，將使用本領域技術人員通常使用的用詞來描述說明性 實施方式的各種態樣，以便將其工作的本質傳達給本領域其他技術人員。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是，本發明可以僅帶有所描述的一些態樣來實現。為了解釋之目的，提出了具體的數字、材料以及配置，以便提供對說明性實施方式的徹底瞭解。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是，本發明可以不具有特定的細節而仍能夠實現。在其他情況下，省略或簡化眾所周知的特徵，以免模糊說明性的實施方式。
各種操作將被描述為多個分開地操作，依序以理解本發明最有幫助的方式描述，然而，描述的順序不應被解釋為意味這些操作必需是依序的。特別是，這些操作不需要按照所呈現的順序實施。
如上所述，當前可用的互連解決方案(即，電纜和光學電纜)不滿足自主式及/或自動駕駛車輛(例如，汽車、卡車、火車、船、飛機和任何其他自主式運輸工具/運貨車輛)所需的資料傳輸率、功率消耗、延遲和成本目標。因此，本發明實施例包含毫米波波導(mm-wave waveguide)互連解決方案。在一實施例中，毫米波波導包括介質波導束，介質波導束由低損耗塗層或未塗層介電材料製成，設計用於在毫米波或次兆赫頻率範圍內操作。波導可以在兩端耦接到包含毫米波引擎的封裝。對於短到中等長度的電纜(例如，0.5至15公尺或更大)，毫米波導電纜提供低功率、低延遲、高速和低成本的解決方案。特別是，由於信號不需要上轉換為光學信號，因此功耗顯著低於其他光纖 互連技術的功耗。此外，對於短到中等長度的電纜，可能不需要錯誤校正(error correction；EC)，因為實現的位元錯誤率等級率非常低(低於10E-12)。因此，與傳統的電性互連相比，所實現的延遲可以顯著降低，尤其是在需要EC的高資料傳輸率下。
雖然毫米波波導提供了改進的性能，特別是對於短到中等長度的電纜，仍然可能存在需要其他互連技術的情況(例如，延遲和資料傳輸率在一些系統中可能是非關鍵的，例如娛樂資訊系統)。此外，在目前可用的車輛中完全替換及/或重新設計電子控制單元(ECU)，在所有情況下可能不是一個有成本效益的解決方案。因此，本發明實施例包含利用可插拔架構的毫米波導電纜，可以實現對現有及未來產品能「隨插即用」的系統。使用這種隨插即用毫米波導電纜提供了若干優點。
其中一個優點是隨插即用毫米波導電纜與現有ECU可一起使用，同時允許其他互連技術可交換地使用，取決於系統的需要。藉由使用主動毫米波互連，可以實現互連技術之間的互換性。如本文所用，主動毫米波互連是包含與電纜整合的毫米波引擎的電纜。舉例而言，主動毫米波引擎可包含用於將信號轉換為毫米波信號或從毫米波信號轉換信號並沿毫米波導傳送毫米波信號的電路及其他組件，以下將更詳細地描述。特別是，實施例可包含位於連接件中的毫米波引擎，連接件與通常包含在現有ECU中的預定義介面連接。舉例而言，主動毫米波互連的連接件可以是 小型可插拔(SFP)、四通道小型可插拔(QSFP)、八通道小型可插拔(OSFP)等。由於提供毫米波互連所需的組件可以完全整合到外部電纜中，因此使用者可以簡單地將主動毫米波互連插入ECU中，而無需存取系統的內部組件。
包含這種隨插即用毫米波導互連架構的實施例也與所使用的平台相容。由於互連技術不會對ECU施加任何封裝或系統規範，因此可以降低這些系統的成本。此外，由於主動毫米波互連的封裝獨立於ECU中昂貴的CPU有機封裝，因此實施例能夠實現用於毫米波引擎的低成本封裝的使用。
本發明另外的實施例還可以包含將毫米波引擎整合到ECU中，同時仍然保持CPU和毫米波引擎的各別封裝。這些實施例仍然可以受益於將毫米波引擎封裝從CPU封裝解耦，以便提供較低的整體系統成本。此外，在這樣的實施例中，需要在其他方面與CPU封裝一起封裝的附加組件可以替代地與毫米波引擎一起封裝。舉例而言，預定義的數位互連介面晶粒可以整合在毫米波封裝基板上。這允許使用不同的預定義數位互連介面晶粒而不影響複雜的伺服器封裝布局及/或設計。如此一來，客戶可有額外的彈性及控制系統的設計。然而，在一些實施例中，在不需要額外的彈性和控制設計的情況下，ECU可以包含毫米波引擎，毫米波引擎被封裝在與CPU相同的封裝基板上或是在ECU印刷電路板上。
參考圖2A，是根據本發明實施例的主動毫米波互連 220的截面圖。在一實施例中，主動毫米波互連220包含一或更多適於傳播毫米波信號的介質波導227。介質波導227可是任何合適的介質材料，例如由液晶聚合物(LCP)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃、聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)或前述之組合等。在一實施例中，介質波導可具有任何形狀的截面，包含但不限於矩形(具有或不具有圓角)、正方形、圓形、橢圓形等。在一實施例中，介質波導227還可以包含金屬塗層(圖未示)，以便向介質波導提供電性屏蔽。在一些實施例中，介質波導的金屬塗層可用作電源線。舉例而言，可沿著介質波導227’將電力施加在屏蔽上。雖然單一介質波導顯示為承載著電力線，但是應當理解，介質波導227的任何數量的介質波導(例如，從零到全部)可以用作電力線的支撐。
在所示實施例中，在主動毫米波互連220中描繪了四個分離的介質波導227及227’。然而，實施例不限於任何特定數量的介質波導。舉例而言，在每個主動毫米波互連220中可以存在單一介質波導227或一束兩個或更多的介質波導227(具有或不具有銅電力線)。在一實施例中，介質波導227可以是短到中等長度的電纜。舉例而言，介質波導的長度可以在大約0.5公尺到15公尺之間。
在一實施例中，介質波導227的每一端可以耦接至連接件225。根據一實施例，連接件225包含毫米波引擎 228，其被封裝在毫米波封裝基板229上。在所示的實施例中，為了避免混淆圖式，連接件225沒有示出保護外殼。然而，應當理解，連接件225可包含多個不同的封裝基板、保護外殼、熱管理解決方案及其他所需的組件。舉例而言，毫米波引擎228可以封裝在封裝基板228上，並且可以實質上由保護外殼密封。此外，儘管毫米波引擎228顯示為單一區塊，但應當理解，毫米波引擎228可以包含任何數量的離散晶粒、互連及/或其他組件，以下將更詳細地描述。
在一實施例中，連接件225能夠插入計算系統(例如，ECU等)上的介面中。本發明實施例可以包含可插入預定義介面的連接件225。舉例而言，可以使用的典型預定義介面包含SFP及QSFP介面。如圖所示，連接件225可各自包含觸點226，觸點226將毫米波導引擎228電性耦接到預定義介面。儘管圖未示出，但應當理解，可以在觸點226與毫米波引擎228之間形成導線及通孔。在所示實施例中，觸點226顯示為焊盤。然而，實施例不限於這種配置。舉例而言，觸點226可以是引腳或任何其他已知的觸點。
接著參考圖2B，根據本發明實施例，更詳細地示出毫米波引擎228的示意圖。在一實施例中，毫米波引擎228可以包含電源和管理晶粒232。另外的實施例可以包含調變器晶粒233和解調器晶粒234。在一些實施例中，調變器晶粒233及解調器晶粒234可以整合在單一晶粒上。實施例還 可以包含毫米波傳送器(Tx)晶粒235及毫米波接收器(Rx)晶粒236。在一些實施例中，Tx晶粒235及Rx晶粒236可以整合在單一晶粒上。另外的實施例還可以包含整合在單一晶粒上的任何數量的組件。在另一實施例中，毫米波引擎228可以是傳送毫米波引擎或接收毫米波引擎。在這些實施例中，傳送毫米波引擎可以包含Tx晶粒235及調變器晶粒233，並且接收毫米波引擎可以包含Rx晶粒236及解調器晶粒234。組件也可以形成在任何合適的半導體材料上。舉例而言，晶粒可以是矽晶粒、III-V族材料晶粒、絕緣體覆矽(SOI)晶粒、整合在具有矽的單一晶粒上的III-V族材料、矽鍺(SiGE)晶粒或任何其他半導體材料之組合。在一實施例中，毫米波引擎228可以包含發射器237，發射器237用於發射和輔助毫米波信號沿著介質波導227或一束介質波導227(例如，藉由空氣、其他的介質材料或金屬隔開的二或更多介質波導)之傳播。在一些實施例中，發射器237可以與波導連接件整合，波導連接件將介質波導227機械地且通訊地耦接到發射器237。發射器237可以是用於啟動毫米波傳播或接收毫米波的任何已知發射器，例如正規單貼片發射器、堆疊貼片發射器、微帶到錐形槽過渡發射器等。
接著參考圖2C，示出根據本發明實施例的插入ECU 210及感測器230的主動毫米波互連220的截面圖。由於主動毫米波互連220對於ECU 210及感測器230的底層架構是相容的，因此本發明實施例可以包含任何架構的ECU 210 及/或感測器230。
在一實施例中，ECU 210可以包含封裝在封裝基板243上的中央處理單元(CPU)晶粒244。封裝基板243可以藉由焊料凸塊242耦接到ECU印刷電路板(PCB)240，焊料凸塊242例如是球形陣列(BGA)、地柵陣列(LGA)、插座或任何其他已知的互連。在一些實施例中，電性耦接在CPU晶粒244和毫米波引擎228之間的預定義數位互連介面晶粒246也可以封裝在其上封裝有CPU晶粒244的相同封裝基板243上。舉例而言，預定義數位互連介面晶粒246可以轉換及/或調節信號，使得信號可以在主動毫米波互連220的毫米波引擎228與CPU晶粒244之間通過，即便當CPU晶粒244或毫米波引擎228中之任一者的輸出與預期由其他組件的輸入類型不匹配。在一些實施例中，散熱器248或任何其他熱管理技術也可以包含在ECU 210中。舉例而言，散熱器248可以是液體冷卻散熱器248，例如連接到自主式車輛中的冷卻系統的散熱器。在所示的實施例中，散熱器248形成在ECU外殼211的表面之上。然而，在本發明的一些實施例中，散熱器248可以在ECU外殼211內。
本發明實施例可以包含預定義介面252，其將CPU封裝基板243耦接到內部電纜254的第一端。內部電纜254可以是任何合適的電纜，例如雙軸電纜等。內部電纜254可以延伸到ECU外殼211的邊緣，在該處耦接至外部預定義介面256。外部預定義介面256可以是任何合適的介面。舉例而言，外部預定義介面256可以是SFP、QSFP等。
在一實施例中，感測器230可以包含封裝在封裝基板261上的中央處理單元(CPU)晶粒249。在一些實施例中，通訊地耦接在CPU晶粒249與毫米波互連220的毫米波引擎228之間的預定義數位互連介面晶粒247也可以封裝在其上封裝有CPU晶粒249的相同封裝基板261上。舉例而言，預定義數位互連介面晶粒247可以轉換及/或調節信號，使得信號可以在CPU晶粒249與毫米波引擎228之間通過，即便當CPU晶粒249或毫米波引擎228中之任一者的輸出與預期由其他組件的輸入類型不匹配。在一實施例中，外部預定義介面256可以將毫米波引擎228通訊地耦接至預定義數位互連介面晶粒247。外部預定義介面256可以是任何合適的介面。舉例而言，外部預定義介面256可以是SFP、QSFP等。應當理解，感測器230可以包含任何其他所需的組件，例如互連、外殼等，並且此處以簡化的方式呈現，以免模糊本發明實施例。此外，應當理解，雖然描繪了感測器230，但是本發明實施例可以包含可能需要向/從ECU 210傳輸及/或從ECU 210接收資料的任何其他組件。
根據本發明實施例，主動毫米波互連220可以插入ECU 210的外部預定義介面256與感測器230中。舉例而言，主動毫米波互連220的第一連接件225可以插入ECU 210的外部預定義介面256，且第二連接件225可以耦接至感測器230的預定義介面256或任何其他組件。因此，主動毫米波互連220可以在ECU 210及/或感測器230的外部。因此，ECU 210及/或感測器230的架構對主動毫米波互連220 中使用的毫米波引擎228不會施加任何封裝或設計上的限制。這允許主動毫米波互連220的總成本降低，由於封裝可以不需要像ECU 220的CPU封裝基板243或感測器230的封裝基板261那樣複雜。此外，實施例可包含主動毫米波互連220，其包含一或更多介質波導227，介質波導227也用作電力線227’，或是包含與銅電力線結合的一或更多介質波導227。如此一來，可以將電力從ECU 210傳遞到感測器230，而不需要用於每個周邊組件的額外電源。
儘管具有毫米波引擎在ECU外部以便提供隨插即用功能是特別有益的，但在一些實施例中，毫米波引擎也可以整合在ECU及/或感測器內。在這樣的實施例中，毫米波引擎仍然可以封裝在與CPU封裝基板不同的封裝基板上。因此，CPU封裝的架構和布局仍舊不受包含毫米波導引擎的影響。
接著參考圖3A，是根據本發明實施例的封裝在ECU 310內的毫米波引擎328的截面圖。在一實施例中，ECU 310可實質上相似於上述的ECU 210，除了毫米波引擎328可以封裝在ECU外殼311內部。在一實施例中，毫米波封裝基板362可以藉由預定義數位介面352耦接至CPU封裝基板343。如此一來，毫米波封裝基板362獨立於CPU有機封裝基板343，並允許使用毫米波適當的基板和疊層。與直接整合毫米波引擎328與CPU封裝343相比，這可以實現更佳性能的毫米波系統。
在所示實施例中，發射器337及波導連接件338也被示 為來自毫米波引擎328的離散組件。雖然顯示為位於毫米波封裝基板362的頂表面上，但是應當理解，波導連接件338和發射器337可以形成在任何位置，包含毫米波封裝基板362的底表面或嵌入在毫米波封裝基板362內。在其他的實施例中，波導連接件338及/或發射器337可以被包覆成型。在所示的實施例中，毫米波封裝基板362僅由預定義數位介面352支撐，但應當理解，還可以使用附加的機械性支撐(圖未示)來為系統提供更佳的機械可靠性。
在一實施例中，一或更多內部介質波導323可以耦接至波導連接件338並且實質上延伸到ECU外殼311的邊緣。內部介質波導323可實質上相似於上述介質波導227。在一些實施例中，介質波導323可以連接到被動可插拔連接件339。被動可插拔連接件339可以將ECU 310內部的內部介質波導323耦接到ECU 310外部的介質波導327。在此類實施例中，外部介質波導327可以稱為被動介質波導327，由於其不需要專用的毫米波引擎，因轉換成毫米波信號發生在ECU 310內。因此，外部介質波導327的製造成本可以相當低，因為不需要用於毫米波轉換的額外電路。在所示實施例中，為了簡化，僅描繪了介質波導327的第一端，但應當理解，介質波導327的第二端可以耦接至實質上具有相同配置的感測器或其他組件。根據一實施例，外部介質波導327的一或更多者可以是介質波導327’(或銅電力線327’)，其將來自ECU 310的電力傳送到外部組件，例如感測器等。
接著參考圖3B，說明本發明實施例的實質上相似於圖3A所示的實施例的截面圖，除了被動可插拔連接件339顯示為公母插頭。在此類實施例中，轉發器的母插頭部分339A可以位於ECU外殼311的邊緣處，並且公插頭部分339B可以從ECU外殼311外側插入。在其他實施例中，公插頭部分339B可以位在ECU外殼311的邊緣處，並且母插頭部分339A可以從ECU外殼311的外側耦接至公插頭部分339B。因此，可以僅藉由移除外部電纜來替換被動介質波導327，而無需改變ECU 310的任何組件。如此可以允許對系統進行簡單的改變(例如，改變電纜的長度或更換損壞的電纜)。
接著參考圖3C，說明本發明實施例實質上相似於圖3A中所示的實施例的截面圖，除了介質波導327可以離開ECU 310而不需任何在ECU外殼311的邊緣處的波導連接件。在一實施例中，介質波導327可以從ECU 310延伸出去且仍然具有足夠的長度以便與其他系統互連。在此實施例中，未示出的介質波導327的第二端可以具有相似於上述連接件225的連接件。如此一來，主動毫米波互連可允許隨插即用的功能。替代的實施例還可以包含毫米波互連的第二端，其耦接至感測器或其他組件內的毫米波引擎，相似於圖3C中所示的第一端。雖然介質波導327描繪為直接穿過ECU外殼311，但應當理解，在ECU外殼311的壁處可以存在附加的機械性支撐，以便承受衝擊和振動事件，並且提供介質波導327的終端一定程度的應變消除。藉由在 ECU盒的邊緣處移除對於波導連接件的需求，實施例可以允許性能改進，由於可以避免額外的對準誤差、信號反射和插入損耗，因為需要更少的連接/轉換。
根據本發明的另一實施例，預定義數位互連介面晶粒也可以整合在與毫米波引擎相同的基板上。關於圖4A說明此一實施例的範例。圖4A實質上相似於圖3A，除了預定義數位互連介面晶粒446從CPU封裝基板443移除並且位於毫米波引擎封裝基板462上。這些實施例允許在選擇哪個預定義數位互連介面晶粒446用於系統的選擇時具有更大的彈性。舉例而言，可以使用從任何製造商獲得的預定義數位互連介面晶粒而不影響複雜的ECU封裝布局及/或設計。此外，從CPU封裝基板443移除預定義數位互連介面晶粒446可以在CPU封裝基板443上提供額外的空間，以允許額外的記憶體等增加到ECU 410。
當將預定義數位互連介面晶粒446移到毫米波引擎封裝基板462時，可能需要修改毫米波引擎封裝基板462與CPU封裝基板443之間的預定義互連452。舉例而言，當預定義數位互連介面晶粒446是序列器/去序列器(SERDES)晶粒時，預定義數位互連介面晶粒446從CPU接收來自複數個引腳(例如，十個或更多)的輸入信號並序列化這些輸入，用於沿單一輸出引腳傳輸。因此，當預定義數位互連介面晶粒446移動到毫米波引擎封裝基板462時，可能需要增加穿過預定義互連452的導線的數量。
接著參考圖4B，是根據本發明實施例的預定義互連 452的放大截面圖。如圖所示，可以藉由沿著CPU封裝基板443及毫米波引擎封裝基板462的頂表面和底表面提供接觸墊445、465來容納複數個信號線。其他的實施例還可以包含沿著封裝基板的邊緣表面的觸點。因此，預定義互連452可以包含複數個走線453及相應的引腳451，以便在相應的接觸墊445、465之間提供電性連接。如此一來，實施例能夠提供透過預定義互連452將信號從CPU晶粒444傳遞到預定義數位互連介面晶粒446所需的引腳密度。
本發明的其他實施例還可以包含任何封裝配置，其中毫米波引擎封裝在ECU外殼內。舉例而言，圖5A是根據本發明實施例的ECU 510的截面圖，其中毫米波引擎528被封裝在與CPU晶粒544相同的封裝基板543上。在此實施例中，預定義介面晶粒546可以藉由CPU封裝基板543內的一或更多走線(圖未示)通訊地耦接至毫米波引擎528。在又一實施例中，毫米波引擎528可以保留在不同的封裝基板562上，但藉由ECU PCB 540中的走線(圖未示)可通訊地耦接至預定義介面晶粒546，如圖5B所示。雖然在上述的圖式中說明了封裝配置的若干範例，但應當理解，根據本發明其他的實施例，自主式及/或自動駕駛車輛可以使用任何的組件佈置來形成利用毫米波互連的通訊路徑。
如上所述，主動及/或被動毫米波互連可用於提供自主式及/或自動駕駛車輛中的ECU與一或更多感測器或其他組件之間的互連。此外，應當理解，ECU與感測器之間的資料流量的主要方向將是感測器傳送資料到ECU。因 此，一些實施例可以包含不對稱收發器架構。不對稱收發器架構的使用可以提供功耗益處及更快的電路設計程序。
接著參考圖6，說明根據一實施例可以在自主式及/或自動駕駛車輛中使用的不對稱收發器架構的方塊圖。方塊圖說明藉由毫米波互連627連接的ECU側610與感測器側630。在一實施例中，ECU、感測器及毫米波互連可實質上相似於上述實施例中的一或多個。在一實施例中，ECU側610可以包含傳送器塊691和接收器塊692，並且感測器側630可以包含傳送器塊693和接收器塊694。為了考量不對稱資料傳輸，感測器側630上的傳送器塊693可以支持數個頻帶M，其數量大於ECU側610上的傳送器塊691所支持的頻帶N的數量。在所示實施例中，各個塊包含多工器681或多工解訊器682，用於多工處理/多工解訊M或N個頻帶。或者，替代利用多工器/多工解訊器，實施例可以藉由使用極化分集來通道化信號。另外，收發器架構可以包含每個區塊處的任何所需的本地振盪器(LO)683，以及在每個接收器塊692/694處的時鐘及資料恢復(CDR)塊684。實施例還可包含通常在收發器架構中使用的任何其他所需區塊，例如均衡塊、循環冗餘檢測(CRC)解碼塊、色散補償電路、類比濾波、分離器/組合器、電壓控制振盪器(VCO)、數位控制振盪器(DCO)、電源管理塊等。本發明的其他實施例可以藉由在頻分多重存取(FDMA)上具有可程式通訊頻帶來實現不對稱通訊，其中已經預定義了哪些M頻帶將用於ECU到感測器之通訊以及哪些N頻帶將用於 感測器到ECU之通訊。
圖7說明依據本發明的一實施方式的計算裝置700。計算裝置700容置板材702。板材702可包含數個組件，包含但不限於處理器704以及至少一通訊晶片706。處理器704可物理性及電性耦接至板材702。在一些實施方式中，至少一通訊晶片706也物理性及電性耦接至板材702。在進一步的實施方式中，通訊晶片706是處理器704的部分。在又一實施方式中，通訊晶片706可以用作預定義介面(例如，序列器/去序列器等)。
根據其應用，計算裝置700可包含其他組件，其可為或可不為物理性或電性耦接至板材702。這些其他組件包含，但不限於，揮發性記憶體(例如，DRAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM)、快閃記憶體、圖形處理器、數位信號處理器、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控螢幕顯示器、觸控螢幕控制器、電池、音頻編解碼器、視訊編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速器、陀螺儀、揚聲器、相機以及大量儲存裝置(例如硬碟機、光碟(CD)、數位光碟(DVD)等)。
通訊晶片706使得用於至計算裝置700或來自計算裝置700之資料傳輸之無線通訊能夠實現。用詞「無線」連同其衍生詞可用於描述電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等，其可透過使用通過非固態介質的調變電磁輻射傳遞資料。此用詞不必然意味關聯的裝置不含有任何的導線，儘管在一些實施例中其可能沒有導線。通訊晶片706 可實現任何數目的無線標準或協定，包含但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11家族)、WiMAX(IEEE 802.16家族)、IEEE 802.20、長期演進(long term evolution；LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍牙、及其衍生物，以及任何其他指定用作3G、4G、5G及在此之後之技術的無線協定。計算裝置700可包含複數個通訊晶片706。舉例而言，第一通訊晶片706可專用於較短範圍的無線通訊，例如Wi-Fi和藍牙，而第二通訊晶片706可專用於較長範圍的無線通訊，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其他。
計算裝置700的處理器704包含封裝在處理器704內的積體電路晶粒。在本發明的一些實施方式中，處理器的積體電路晶粒可以封裝在有機基板上並提供被轉換為毫米波信號且沿著主動毫米波互連傳播的信號，如本發明的實施方式。用詞「處理器」可以指處理來自暫存器及/或記憶體的電子資料以便將該電子資料轉變成其他可儲存在暫存器及/或記憶體中的電子資料的任何裝置或裝置的部分。
通訊晶片706還可以包含封裝在通訊晶片706內的積體電路晶粒。根據本發明的另一實施方式，通訊晶片的積體電路晶粒可以封裝在有機基板上並提供轉換為毫米波信號且沿主動毫米波互連傳播的信號，如本發明的實施方式。
以上說明本發明實施方式的描述，包含在摘要中的描述，並非意圖為詳盡無遺的或限制本發明至所揭露的精確 態樣。本文所描述的本發明之精確的實施方式及範例用於說明目的，因而相關領域具有通常知識者將認可，各種等同的修改可以落入本發明之範圍。
這些修改可因以上詳細描述啟發而施於本發明。以下申請專利範圍中使用的術語不應當被詮釋為限制本發明在說明書和申請專利範圍中所揭露的具體實施方式。相反的，本發明的範圍完全是由以下申請專利範圍來判斷，並且是依據申請專利範圍解釋的既定原則來詮釋。
範例1：一種車輛，包括：電子控制單元(ECU)，其中ECU包括：印刷電路板(PCB)；以及中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在CPU封裝基板上，其中CPU封裝基板電性耦接至PCB；以及外部預定義介面，電性耦接至CPU晶粒；以及主動毫米波互連，其中主動毫米波互連包括：介質波導；第一連接件，耦接至介質波導的第一端，其中第一連接件包括第一毫米波引擎，以及其中第一連接件電性耦接至外部預定義介面；以及第二連接件，耦接至介質波導的第二端，其中第二連接件包括第二毫米波引擎。
範例2：如範例1的車輛，進一步包括：感測器，其中感測器包括外部預定義介面，以及其該第二連接件耦接至感測器的外部預定義介面。
範例3：如範例1或範例2的車輛，其中感測器是攝影機、定位系統、超音波感測器、雷達感測器或光達(LIDAR)感測器。
範例4：如範例1、範例2或範例3的車輛，其中第一毫 米波引擎和第二毫米波引擎各包括：功率管理組件；調變器組件及/或解調器組件；以及毫米波傳送器組件及/或毫米波接收器組件。
範例5：如範例1、範例2、範例3或範例4的車輛，其中第一毫米波引擎封裝在第一毫米波封裝基板上，以及第二毫米波引擎封裝在第二毫米波封裝基板上。
範例6：如範例1、範例2、範例3、範例4或範例5的車輛，其中毫米波引擎的兩個或更多組件製造在單一晶粒上。
範例7：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5或範例6的車輛，其中介質波導藉由附接至第一介質波導封裝的第一波導連接件耦接至第一連接件，並且介質波導藉由附接至第二毫米波導封裝的第二波導連接件耦接至該第二連接件。
範例8：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6或範例7的車輛，其中第一連接件和第二連接件是預定義介面連接件。
範例9：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6、範例7或範例8的車輛，其中預定義介面連接件是小型可插拔(SFP)、四通道小型可插拔(QSFP)或八通道小型可插拔(OSFP)。
範例10：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6、範例7、範例8或範例9的車輛，其中主動毫米波互連具有不對稱的收發器架構。
範例11：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6、範例7、範例8、範例9或範例10的車輛，其中介質波導的長度在0.5公尺至15公尺之間。
範例12：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6、範例7、範例8、範例9、範例10或範例11的車輛，其中介質波導被金屬層覆蓋。
範例13：如範例1、範例2、範例3、範例4、範例5、範例6、範例7、範例8、範例9、範例10、範例11或範例12的車輛，其中介質波導由液晶聚合物(LCP)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃、聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成。
範例14：一種用於車輛的電子控制單元(ECU)，包括：印刷電路板(PCB)；中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在CPU封裝基板上，其中CPU封裝基板電性耦接至PCB；以及毫米波引擎，封裝在毫米波引擎封裝基板上，其中毫米波引擎封裝基板藉由預定義介面耦接至CPU封裝基板。
範例15：如範例14的ECU，進一步包括：毫米波發射器，耦接至毫米波引擎；波導連接件，耦接至毫米波發射器；以及介質波導，其中介質波導的第一端耦接至波導連接件。
範例16：如範例14或範例15的ECU，其中介質波導的第二端耦接至位於ECU外殼的邊緣的波導連接件。
範例17：如範例14、範例15或範例16的ECU，其中波導連接件耦接至延伸超過ECU外殼的邊緣處的第二介質波導。
範例18：如範例14、範例15、範例16或範例17的ECU，其中波導連接件包括母連接件部分，並且其中第二介質波導耦接至與母連接件部分耦接的公連接件部分。
範例19：如範例14、範例15、範例16、範例17或範例18的ECU，進一步包括：預定義數位互連介面晶粒，電性耦接在CPU晶粒與毫米波引擎之間。
範例20：如範例14、範例15、範例16、範例17、範例18或範例19的ECU，其中預定義數位互連介面晶粒封裝在CPU封裝基板上。
範例21：如範例14、範例15、範例16、範例17、範例18、範例19或範例20的ECU，其中預定義數位互連介面晶粒封裝在毫米波封裝基板上。
範例22：如範例14、範例15、範例16、範例17、範例18、範例19、範例20或範例21的ECU，其中介質波導由聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成。
範例23：如範例14、範例15、範例16、範例17、範例18、範例19、範例20、範例21或範例22的ECU，其中毫米波引擎包括：功率管理組件；調變器組件及/或解調器組件；以及毫米波傳送器組件及/或毫米波接收器組件，其 中毫米波引擎的收發器架構是不對稱架構。
範例24：一種車輛，包括：電子控制單元(ECU)，其中ECU包括：印刷電路板(PCB)；中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在CPU封裝基板上，其中CPU封裝基板電性耦接至PCB；以及外部預定義介面，電性耦接至CPU晶粒；主動毫米波互連，其中主動毫米波互連具有不對稱的收發器架構，並且其中主動毫米波互連包括：介質波導；第一連接件，耦接至介質波導的第一端，其中第一連接件包括第一毫米波引擎，以及其中第一連接件電性耦接至外部預定義介面；第二連接件，耦接至介質波導的第二端，其中第二連接件包括第二毫米波引擎，並且其中介質波導由液晶聚合物(LCP)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃、聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成；以及感測器，其中感測器包括：外部預定義介面，其中第二連接件耦接至感測器的外部預定義介面，並且其中感測器是攝影機、定位系統、超音波感測器、雷達感測器或光達(LIDAR)感測器。
範例25：如範例24的車輛，其中介質波導具有介於約1公尺與15公尺之間的長度。
220:主動毫米波互連
225:連接件
226:觸點
227、227’:介質波導
228:毫米波引擎
229:毫米波封裝基板

Claims (25)

  1. 一種車輛，包括：電子控制單元(ECU)，其中該電子控制單元包括：印刷電路板(PCB)；以及中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在中央處理單元封裝基板上，其中該中央處理單元封裝基板電性耦接至該印刷電路板；以及外部預定義介面，電性耦接至該中央處理單元晶粒；以及主動毫米波(mm-wave)互連，其中該主動毫米波互連包括：介質波導；第一連接件，耦接至該介質波導的第一端，其中該第一連接件包括第一毫米波引擎，以及其中該第一連接件電性耦接至該外部預定義介面；以及第二連接件，耦接至該介質波導的第二端，其中該第二連接件包括第二毫米波引擎，其中該第一毫米波引擎和該第二毫米波引擎各包括：毫米波發射器。
  2. 根據申請專利範圍第1項之車輛，進一步包括：感測器，其中該感測器包括外部預定義介面，以及其中該第二連接件耦接至該感測器的該外部預定義介面。
  3. 根據申請專利範圍第2項之車輛，其中該感測器是攝影機、定位系統、超音波感測器、雷達感測器或光達(LIDAR)感測器。
  4. 根據申請專利範圍第1項之車輛，其中該第一毫米波引擎和該第二毫米波引擎還各包括：功率管理組件；調變器組件及/或解調器組件；以及毫米波傳送器組件及/或毫米波接收器組件。
  5. 根據申請專利範圍第4項之車輛，其中該第一毫米波引擎封裝在第一毫米波封裝基板上，以及該第二毫米波引擎封裝在第二毫米波封裝基板上。
  6. 根據申請專利範圍第5項之車輛，其中該第一毫米波引擎的兩個或更多組件製造在單一晶粒上。
  7. 根據申請專利範圍第4項之車輛，其中該介質波導藉由附接至第一介質波導封裝的第一波導連接件而耦接至該第一連接件，並且該介質波導藉由附接至第二毫米波導封裝的第二波導連接件而耦接至該第二連接件。
  8. 根據申請專利範圍第7項之車輛，其中該第一連接件 和該第二連接件是預定義介面連接件。
  9. 根據申請專利範圍第8項之車輛，其中該預定義介面連接件是小型可插拔(SFP)、四通道小型可插拔(QSFP)或八通道小型可插拔(OSFP)。
  10. 根據申請專利範圍第4項之車輛，其中該主動毫米波互連具有不對稱的收發器架構。
  11. 根據申請專利範圍第1項之車輛，其中該介質波導的長度在0.5公尺至15公尺之間。
  12. 根據申請專利範圍第1項之車輛，其中該介質波導被金屬層覆蓋。
  13. 根據申請專利範圍第1項之車輛，其中該介質波導由液晶聚合物(LCP)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃、聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成。
  14. 一種用於車輛的電子控制單元(ECU)，包括：印刷電路板(PCB)；中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在中央處理單元封裝 基板上，其中該中央處理單元封裝基板電性耦接至該印刷電路板；毫米波引擎，封裝在毫米波引擎封裝基板上，其中該毫米波引擎封裝基板藉由預定義介面而耦接至該中央處理單元封裝基板；毫米波發射器，耦接至該毫米波引擎；以及波導連接件，耦接至該毫米波發射器。
  15. 根據申請專利範圍第14項之電子控制單元，進一步包括：介質波導，其中該介質波導的第一端耦接至該波導連接件。
  16. 根據申請專利範圍第15項之電子控制單元，其中該介質波導的第二端耦接至位於該電子控制單元外殼的邊緣的波導連接件。
  17. 根據申請專利範圍第16項之電子控制單元，其中該波導連接件耦接至延伸超過該電子控制單元外殼的邊緣處的第二介質波導。
  18. 根據申請專利範圍第17項之電子控制單元，其中該波導連接件包括母連接件部分，並且其中該第二介質波導耦接至與該母連接件部分耦接的公連接件部分。
  19. 根據申請專利範圍第14項之電子控制單元，進一步包括：預定義數位互連介面晶粒，電性耦接在該中央處理單元晶粒與該毫米波引擎之間。
  20. 根據申請專利範圍第19項之電子控制單元，其中該預定義數位互連介面晶粒封裝在該中央處理單元封裝基板上。
  21. 根據申請專利範圍第20項之電子控制單元，其中該預定義數位互連介面晶粒封裝在該毫米波封裝基板上。
  22. 根據申請專利範圍第15項之電子控制單元，其中該介質波導由聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成。
  23. 根據申請專利範圍第14項之電子控制單元，其中該毫米波引擎包括：功率管理組件；調變器組件及/或解調器組件；以及毫米波傳送器組件及/或毫米波接收器組件，其中該毫米波引擎的收發器架構是不對稱架構。
  24. 一種車輛，包括：電子控制單元(ECU)，其中該電子控制單元包括：印刷電路板(PCB)；中央處理單元(CPU)晶粒，封裝在中央處理單元封裝基板上，其中該中央處理單元封裝基板電性耦接至該印刷電路板；以及外部預定義介面，電性耦接至該中央處理單元晶粒；主動毫米波互連，其中該主動毫米波互連具有不對稱的收發器架構，並且其中該主動毫米波互連包括：介質波導；第一連接件，耦接至該介質波導的第一端，其中該第一連接件包括第一毫米波引擎，以及其中該第一連接件電性耦接至該外部預定義介面；第二連接件，耦接至該介質波導的第二端，其中該第二連接件包括第二毫米波引擎，並且其中該介質波導由液晶聚合物(LCP)、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃、聚四氟乙烯(PTFE)、膨體聚四氟乙烯、低密度聚四氟乙烯、氟塑膜(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、聚醚醚酮(PEEK)或全氟烷氧基烷(PFA)之一或更多者形成；以及感測器，其中該感測器包括：外部預定義介面，其中該第二連接件耦接至該感測器的該外部預定義介面，並且其中該感測器是攝影機、 定位系統、超音波感測器、雷達感測器或光達(LIDAR)感測器，其中該第一毫米波引擎和該第二毫米波引擎各包括：毫米波發射器。
  25. 根據申請專利範圍第24項之車輛，其中該介質波導具有介於約1公尺與15公尺之間的長度。
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