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5G时代,BAW谐振器技术能为高精度时钟提供些什么?

 

电子设备离不开各个电路间的协同工作,而这就需要时钟信号。时钟信号通常由时钟元件所控制,因而,时钟元件也成为了电子设备工作时发出基准信号的重要部件。随着5G通信和大数据时代的到来,高精度时钟也就愈发重要。

通常情况下,时钟的核心材料主要是陶瓷和石英晶体,时钟通过晶体震荡,来实现精准的节奏。但是,这些晶体会在工作的过程中逐渐出现磨损,进而影响时钟的准确性。同时,数据传送变得越来越快,这也对时钟提出了苛刻的要求。为了改进时钟的性能,TI推出其突破性的BAW谐振器技术,为下一代工业和通讯应用的发展提供了新的契机。

什么是BAW技术?

BAW(bulk acoustic wave)又被成为体声波,这项技术其实早就在滤波器中得以应用。但是,在无线通信正朝着高通信频率、高传输速率、高密集复用和高集成化方向发展的过程中,谐振器技术也出现了瓶颈,其中谐振器的集成化是问题的关键。在过去,BAW谐振器技术常被用于过滤诸如智能电话之类的通信技术中的信号,而TI则是首次将这项技术用在了集成时钟功能。TI半导体事业部中国区业务拓展总监吴健鸿介绍:“使用BAW技术做时钟,最主要的原因,还是因为在数据在高频进行传输时,需要更稳定的滤波,BAW技术在高频段性能表现是最好的。同时,TI BAW技术基于硅而设计,很容易和其他产品进行对接。”

BAW器件的结构非常简单,通常是由在硅衬底上的三明治压电堆构成,其中三明治压电堆由下电极、压电薄膜和上电极构成,利用声纵波在下电极、压电薄膜、上电极的三明治结构中反射形成驻波谐振。

“TI BAW谐振器技术中心层是压电材料。当为该器件施加频率,会导致机械结构震动,此时,层结构将捕获产生的能量”,吴健鸿介绍:“BAW谐振器的关键属性是具备存储结构内的最大声能,用于获得高电气Q因子值。”

TI半导体事业部中国区业务拓展总监 吴健鸿

BAW谐振器技术的优势

BAW是一种微型谐振器技术,可以应对复杂的时钟设计,支持把高精度和超低抖动的时钟直接集成到包含其他电路的封装中。BAW技术设备比外置石英晶振设备小巧,可提供更高质量的有限和无线网络信号。同时,许多物联网应用都要求快速开启时钟系统。基于TI BAW技术的振荡器的唤醒速度比石英晶体快100倍。BAW谐振器与传统的陶瓷电磁谐振器相比,其主要优势在于,声波长比电磁波长小得多,也因此,BAW 谐振器可以做得更小。

与此同时,伴随着5G时代的到来,无论是通讯设备还是工业系统,都有海量的数据需要传输。由于TI BAW技术能够实现稳定的数据传输,使得有线和无线信号的数据同步更为精确,也使得连续传输成为可能。而这也意味着,采用BAW技术可以快速、无缝地处理数据,从而大幅提升整个系统的效率。BAW谐振器技术的出现,可以为无线消费电子产品、高端工业系统提供更高质量的通信和更高的效率。同时,它也能集成到无线射频(RF)芯片上,作为单芯片无线解决方案。

从具体应用来看,由于TI BAW具有体积小、设计容易、可靠性较高的特点,使得BAW技术在工业或汽车应用中获得了较大的发展前景。吴健鸿介绍:“如果PCB板有很大的震动,会引起晶振的不稳定,而这将会影响到时钟性能,从而,导致无线讯号出现偏差。在设计应用很严苛的情况下,例如工业应用和汽车应用中,BAW可以解决一些时钟稳定性问题。”

 

TI 突破性BAW技术芯片

传统时钟和石英晶体器件的通信和工业自动化系统在制造成本和设计成本上不占优势,而且其开发过程复杂、耗时,通常性能容易受环境条件影响。

基于BAW谐振器技术的优势,TI推出了两款基于体声波(BAW)的全新嵌入式处理器和模拟芯片,新器件集成了参考时钟谐振器,以小尺寸提供最高频率。TI计划将新器件将应用于下一代无线物联网和通信基础设施的设计中。

 

无外置石英晶振的无线MCU——CC2652RB

其中一款是 SimpleLink无线微控制器——CC2652RB,熟悉TI的人都知道,TI早先公布过一款2652R的芯片。据其官方资料显示,CC2652R 器件支持多协议无线 2.4GHz MCU,面向线程、 Zigbee®、低功耗 Bluetooth 5、IEEE 802.15.4g、支持 IPv6 的智能对象 (6LoWPAN)、 Wi-SUN和专有系统。

吴健鸿补充道:“在之前的一些设计中,并没有涉及射频方面的要求。但是,伴随着高集成以及高性能的数据传输要求的出现,BAW技术在嵌入式处理器上有了施展拳脚的机会。”

新款CC2652RB是业内首个无外置石英晶振的无线MCU,它在封装内集成了一个BAW谐振器。当BAW谐振器集成到MCU封装中时,无需笨重的外部晶体,不会影响功耗,延迟或频率稳定性。据悉,该MCU还可集成到低功率无线射频设备中,例如低功耗无晶体蓝牙和Zigbee®技术,从而减少由外部晶体引起的无线射频故障。CC2652RB较高的集成水平,也使得其PCB占用空间减少10%—15%。公司预计,将于今年下半年提供CC2652RB样片。

 

网络同步器时钟——LMK05318

在5G系统里,传输的数据量会达到18Gbps,这么大的数据量,这么大数据量的传输时间,需要很精准的时钟,采用BAW技术就可以很好地解决18Gbps情况下的时钟解决方案,同时,还能够有效简化整个设计。对此,TI推出了一款网络同步器时钟——LMK05318。

该器件可提供抖动消除、时钟生成、先进的时钟监控和卓越的无中断切换性能,满足通信基础设施和工业应用的严格计时要求。其具备的超低抖动和高电源噪声抑制性能,可降低高速串行链路中的误码率。

据吴健鸿介绍,该器件可使用TI专有的BAW VCO 技术生成具有 50fs RMS 抖动的输出时钟,而不受 XO 和基准输入的抖动和频率的影响。在155.52MHz频率下抖动性能为125fs RMS,而无需其他组件。同时,LMK05318还将其无中断切换性能提升至市场同类产品的4倍。

这两款器件的推出将帮助系统设计师简化设计逻辑,缩短产品上市时间,同时实现稳定、简化和高性能的数据传输,从而降低潜在的整体开发和系统成本。

· 2019-03-12 09:17  本新闻来源自:半导体行业观察,版权归原创方所有

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