突破性BAW技術(shù)讓電子系統(tǒng)的“心跳”更快更穩(wěn)

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)。通過大數(shù)據(jù)分析確實(shí)能幫助管理層制定精明的決策，但是數(shù)據(jù)傳送越快對時鐘的要求越高，當(dāng)傳輸速度達(dá)到 400Gbps 時，對時鐘的要求變得非?？量獭鹘y(tǒng)上，設(shè)計人員一直使用石英晶體來設(shè)計時鐘，但是當(dāng)晶體出現(xiàn)磨損時，它們就會抖動或跳變，進(jìn)而影響計時的精確性。尤其是針對復(fù)雜系統(tǒng)，時鐘穩(wěn)定性還受到整體設(shè)計時間、穩(wěn)定性、PCB 大小的影響。經(jīng)過長時間的研究，TI 通過 BAW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破。

揭秘 BAW 技術(shù)的原理及優(yōu)勢
所謂 BAW 技術(shù)就是一種微型諧振器技術(shù)，支持把高精度和超低抖動時鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。BAW 技術(shù)設(shè)備比外置石英晶振設(shè)備小巧，可提供更高質(zhì)量的有線和無線網(wǎng)絡(luò)信號。從無線消費(fèi)電子產(chǎn)品到高端工業(yè)系統(tǒng)，為各種領(lǐng)域提供更高質(zhì)量的通信和更高的效率。

BAW 的工作原理

如上圖所示，TI BAW 諧振器技術(shù)中心層是壓電材料。當(dāng)為該器件施加頻率，會導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)震動，此時，層結(jié)構(gòu)將捕獲產(chǎn)生的能量。BAW 諧振器的關(guān)鍵屬性是具備存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大聲能，用以獲得高電氣 Q 因子值。

TI 半導(dǎo)體事業(yè)部中國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)吳健鴻介紹，“TI 的 BAW 技術(shù)具有幾大優(yōu)勢：第一，更小的尺寸，集成至芯片封裝中，電路設(shè)計師無需在電路板上安裝單獨(dú)的時鐘器件；第二，大多數(shù)情況下能耗更低。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求快速開啟時鐘系統(tǒng)?；?TI BAW 技術(shù)的振蕩器的喚醒速度比石英晶體快 100 倍；第三，更小的數(shù)字噪音，TI 網(wǎng)絡(luò)同步器芯片提供的抖動性能優(yōu)于目前市場上的同類性能最佳設(shè)備。第四，更潔凈的時鐘。TI BAW 諧振器提供超潔凈的計時參考,這對每秒數(shù)百 Gb 的高速數(shù)據(jù)傳輸十分重要。它也能集成到無線射頻（RF）芯片上,作為單芯片無線解決方案?！?/p>

TI 半導(dǎo)體事業(yè)部中國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)吳健鴻

BAW 技術(shù)讓電子系統(tǒng)的時鐘更快更穩(wěn)
過去，BAW 諧振器技術(shù)常被用于過濾諸如智能電話之類的通信技術(shù)中的信號。在業(yè)內(nèi)，TI 首次將這項技術(shù)用于集成時鐘功能，并于近期發(fā)布了兩款基于體聲波(BAW)諧振器技術(shù)的核心產(chǎn)品：CC2652RB SimpleLink 無線微控制器(MCU)和 LMK05318 網(wǎng)絡(luò)同步器時鐘。這些微型計時器尺寸僅有 100 微米，比頭發(fā)的直徑還小，但它們的運(yùn)行頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石英晶體，可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的系統(tǒng)性能。

無線 MCU CC2652RB 具有更小的總體積，無外置石英晶振，在方形扁平無引腳（QFN）封裝內(nèi)集成了一個 BAW 諧振器，因而無需外置高速 48-MHz 晶體；其次，這最低功耗的多標(biāo)準(zhǔn)器件，在單芯片上支持 Zigbee、Thread、低功耗藍(lán)牙及私有 2.4-GHz 連接解決方案，支持 -40°C 到 85°C 的工作范圍。

再看 LMK05318，這是一款網(wǎng)絡(luò)時鐘同步器，最主要應(yīng)用在一些傳送超過或達(dá)到 400Gbps 輸出量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。因?yàn)橛昧?BAW 的技術(shù)，整個時鐘性能提高了約 25db，傳輸數(shù)據(jù)量可以達(dá)到最高峰的數(shù)據(jù)量。吳健鴻舉例說明，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對穩(wěn)定性要求很高，如果在設(shè)備發(fā)生問題需要重新調(diào)動時鐘，會涉及到中斷切換性能。一般產(chǎn)品需要 24 小時不間斷工作，一旦發(fā)現(xiàn)有一個時鐘有問題時，要很快速地切換到另外一個備份時鐘上，切換時要確保途中不會丟失數(shù)據(jù)，因此，這對切換時鐘相位突變有要求，這個要求使時鐘設(shè)計難度很大，一般 Clock set 時鐘裝置不穩(wěn)定，干擾會帶來很多問題。憑借超低抖動和行業(yè)最佳的無中斷開關(guān)性能，LMK05318 針對 56-Gbps 和新興的 112-Gbps 脈沖幅度調(diào)制 4 鏈路提供了最低比特誤差率，實(shí)現(xiàn)更佳的網(wǎng)絡(luò)性能。

從上圖可以看出，綠色的線代表 BAW 測試的相位噪聲數(shù)據(jù)，藍(lán)色線代表用普通 LC 振蕩器測試的數(shù)據(jù)，中間相差 25dB。其中 -3dB 是性能的翻倍，可以想象 25dB 性能提高了多少？

吳健鴻總結(jié)，“應(yīng)用 BAW 技術(shù)后，可以讓像高速網(wǎng)絡(luò)等一些始終有苛刻數(shù)據(jù)要求的應(yīng)用性能得到提升，讓 400Gbps 數(shù)據(jù)量有更穩(wěn)定的系統(tǒng)，同時提升產(chǎn)品抗干擾能力，縮小 PCB 設(shè)計面積?！?/p>

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