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TI开创业内先河 将BAW技术应用于时钟谐振器

为下一代的工业和通信应用的发展铺?#38477;?#36335;
2019-03-01
王伟
关键词: 德州仪器 BAW

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  体声波(BAW, Bulk Acoustic Wave)技术是一项非常成熟的技术,多用于滤波器中。BAW滤波器可在高达20GHz的高频工作,对温度变化不敏感,插入损耗小,带外衰减大,在高频段的应用中极具优势,被视为接替SAW滤波器的新一代滤波器技术。

  近日,德州仪器(TI)开创历史先河,创新性得将BAW技术应用于谐振器,发布了两款全新的基于BAW谐振器技术的核心产品。称其非常适合应用在下一代无线物联网和通信基础设施的设计中。可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,从而可以降低潜在的整体开发和系统成本。

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TI中国区业务拓展总监吴健鸿

  工业和通信应用需要高精度的时钟产品

  每个电子系统都必须要有心跳--时钟信号,它可以帮助每个组件完美同步的运行。几十年来,设计人员一直使用石英晶体来产生这种电子心跳。通过晶体振荡,实现精确的节奏。但当这些昂贵的晶体出现磨损时,它们就会抖动或跳变,进而影响计时的精确性。

  对于通信和工业自动化系统而言,使用离散时钟和石英晶体器件都具有一系列的局限性,例如成本高昂、开发过?#35848;?#26434;、耗时、性能?#36164;?#29615;?#31243;?#20214;影响、稳定性不佳,且器件占板面积大。这些都成为困扰系统设计人员的难题。

  而随着5G通信和大数据时代的到来,全球系统之间的数据传输速度日益加快,?#38047;?#30340;时钟技术根本无法跟上数据量迅猛增长的脚步,高精度时钟产品变得愈发重要。

  TI首次将BAW谐振器技术应用于集成时钟功能,采用TI BAW谐振器技术的新器件集成了参考时钟谐振器,以小尺寸提供最高?#24503;省?#36825;一高度集成的芯片能够?#34892;?#25552;升性能,提高机械应力耐受性,例如振动和冲击等。由于TI BAW技术能够实现稳定的数据传输,所以有线和无线信号的数据同步更为精确并使得连续传输成为可能,这意味着可以快速、无缝地处理数据,大幅提升整个系统的效率。

  TI BAW谐振器技术工作原理

  TI BAW振荡器是一种电子振荡器电路,它利用压电效应,通过震动的微型声波谐振器BAW的机械谐振产生稳定的电子信号。这种精确的高频信号可为电子系统提供时钟和计时参考。BAW技术设备可谓从无线消费电子产品到高端工业系统各?#33267;?#22495;提供更高质量的通信和更高的效率。

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  图?#27827;?#20316;谐振器的压电材料(a);在硅衬底上封装的TI BAW器件

  基于TI BAW技术的产品可为设计工程师提供多?#38047;?#21183;:

  • 更小的尺寸。集成至芯片封装中,电路设计师无需在电路板上安装单独的时钟器件。

  • 大多数情况下能耗更低。许多物联网应用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。

  • 更小的数字噪音。TI网络同步器芯片提供的抖动性能优于目前?#35856;?#19978;的同类性能最佳设备。

  • 更洁净的时钟。TI BAW谐振器提供超洁净的计时参考,这对每秒数百Gb的高速数据传输十分重要。它也能集成到无线射频芯片上,作为单芯片无线解决方案。

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  而创新从来都不是一蹴而就的,据TI中国区业务拓展总监吴健鸿先生介绍,TI 从几年前就开始了BAW谐振器技术的研发工作,特别是量产一致性问题,费了很大力气才得以解决:“TI花了很长的时间来攻克这一难题,后来通过在两层不同的Silicon中间注入压电材料来解决,不仅实现了简单的生产工艺,而且保证了量产良率。”

  TI BAW技术典型应用一:LMK05318

  TI本次发布的产品之一是基于BAW技术的超低抖动单通道网络同步器时钟LMK05318,适用于400-Gbps链路传输,有助系统更快传输更多数据,可减少数字噪声或抖动。这些噪声和抖动通常来自数据中心核心网络中有线或无线?#24067;?#22522;础设施的通信子系统的输入信号。消除噪音将为5G网络等电信系统带来诸多优势。凭借超低抖动和行业最佳的无中断开关性能,LMK05318还针对56-Gbps和新兴的112-Gbps脉冲幅度调制4链路提供了最低比特误差率,实现更佳的网络性能。

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  同时由于无需系统内编程、并且简化了电源要求、减少了辅助元件的物?#31995;ィ琇MK05318使得印刷电路板设计阶段大为简化,同时提供更高的时钟性能。

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  LMK05318:超低抖动与行业最佳的无中断切换性能

  TI BAW技术典型应用二:CC2652RB

  据预测,到2022年,物联网应用的支出预计将从2018年的1510亿美元左右提升至1.2万亿美元。 这一大幅增长表明,物联网应用正在深入渗透各个领域。科技公司、媒体和电信企业90%的高管表示,物联网是他们业务战略的核心。当前物联网应用推广的一个主要瓶颈是集成度不高,而无晶体无线技术恰恰可为物联网应用带来巨大的优势。

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  图?#21644;?#37096;石英晶体解决方案和CC2652RB解决方案对比

  TI本次发布的另外一款产品就是业内首创的无晶体无线微处理器CC2652RB,它在方形扁平无引脚封装内集成了一个BAW谐振器,因而无需外置高速48-MHz晶体。CC2652RB可集成?#38477;?#21151;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。设计工程师可利用CC2652RB完成更简单、更小巧的设计,同时还能提升性能、降?#32479;?#26412;。由于设计人员无需筛选、校准和组装外部石英晶体,从而加快了产品上市的时间。

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  CC2652RB:业界先进的无外置石英晶振的无线MCU

  目前,LMK05318已经投入量产,CC2652RB则计划于2019年下半年为客户提供样品。未来,TI会将根据客户的需求开发出更多集成TI BAW谐振器技术的产品。


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