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TI開創業內先河 將BAW技術應用于時鐘諧振器

為下一代的工業和通信應用的發展鋪平道路
2019-03-01
作者:王偉
關鍵詞: 德州儀器 BAW

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  體聲波(BAW, Bulk Acoustic Wave)技術是一項非常成熟的技術,多用于濾波器中。BAW濾波器可在高達20GHz的高頻工作,對溫度變化不敏感,插入損耗小,帶外衰減大,在高頻段的應用中極具優勢,被視為接替SAW濾波器的新一代濾波器技術。

  近日,德州儀器(TI)開創歷史先河,創新性得將BAW技術應用于諧振器,發布了兩款全新的基于BAW諧振器技術的核心產品。稱其非常適合應用在下一代無線物聯網和通信基礎設施的設計中??蓭椭到y設計師簡化設計邏輯,縮短產品上市時間,同時實現穩定、簡化和高性能的數據傳輸,從而可以降低潛在的整體開發和系統成本。

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TI中國區業務拓展總監吳健鴻

  工業和通信應用需要高精度的時鐘產品

  每個電子系統都必須要有心跳--時鐘信號,它可以幫助每個組件完美同步的運行。幾十年來,設計人員一直使用石英晶體來產生這種電子心跳。通過晶體振蕩,實現精確的節奏。但當這些昂貴的晶體出現磨損時,它們就會抖動或跳變,進而影響計時的精確性。

  對于通信和工業自動化系統而言,使用離散時鐘和石英晶體器件都具有一系列的局限性,例如成本高昂、開發過程復雜、耗時、性能易受環境條件影響、穩定性不佳,且器件占板面積大。這些都成為困擾系統設計人員的難題。

  而隨著5G通信和大數據時代的到來,全球系統之間的數據傳輸速度日益加快,現有的時鐘技術根本無法跟上數據量迅猛增長的腳步,高精度時鐘產品變得愈發重要。

  TI首次將BAW諧振器技術應用于集成時鐘功能,采用TI BAW諧振器技術的新器件集成了參考時鐘諧振器,以小尺寸提供最高頻率。這一高度集成的芯片能夠有效提升性能,提高機械應力耐受性,例如振動和沖擊等。由于TI BAW技術能夠實現穩定的數據傳輸,所以有線和無線信號的數據同步更為精確并使得連續傳輸成為可能,這意味著可以快速、無縫地處理數據,大幅提升整個系統的效率。

  TI BAW諧振器技術工作原理

  TI BAW振蕩器是一種電子振蕩器電路,它利用壓電效應,通過震動的微型聲波諧振器BAW的機械諧振產生穩定的電子信號。這種精確的高頻信號可為電子系統提供時鐘和計時參考。BAW技術設備可謂從無線消費電子產品到高端工業系統各種領域提供更高質量的通信和更高的效率。

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  圖:用作諧振器的壓電材料(a);在硅襯底上封裝的TI BAW器件

  基于TI BAW技術的產品可為設計工程師提供多種優勢:

  • 更小的尺寸。集成至芯片封裝中,電路設計師無需在電路板上安裝單獨的時鐘器件。

  • 大多數情況下能耗更低。許多物聯網應用要求快速開啟時鐘系統?;赥I BAW技術的振蕩器的喚醒速度比石英晶體快100倍。

  • 更小的數字噪音。TI網絡同步器芯片提供的抖動性能優于目前市場上的同類性能最佳設備。

  • 更潔凈的時鐘。TI BAW諧振器提供超潔凈的計時參考,這對每秒數百Gb的高速數據傳輸十分重要。它也能集成到無線射頻芯片上,作為單芯片無線解決方案。

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  而創新從來都不是一蹴而就的,據TI中國區業務拓展總監吳健鴻先生介紹,TI 從幾年前就開始了BAW諧振器技術的研發工作,特別是量產一致性問題,費了很大力氣才得以解決:“TI花了很長的時間來攻克這一難題,后來通過在兩層不同的Silicon中間注入壓電材料來解決,不僅實現了簡單的生產工藝,而且保證了量產良率?!?/p>

  TI BAW技術典型應用一:LMK05318

  TI本次發布的產品之一是基于BAW技術的超低抖動單通道網絡同步器時鐘LMK05318,適用于400-Gbps鏈路傳輸,有助系統更快傳輸更多數據,可減少數字噪聲或抖動。這些噪聲和抖動通常來自數據中心核心網絡中有線或無線硬件基礎設施的通信子系統的輸入信號。消除噪音將為5G網絡等電信系統帶來諸多優勢。憑借超低抖動和行業最佳的無中斷開關性能,LMK05318還針對56-Gbps和新興的112-Gbps脈沖幅度調制4鏈路提供了最低比特誤差率,實現更佳的網絡性能。

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  同時由于無需系統內編程、并且簡化了電源要求、減少了輔助元件的物料單,LMK05318使得印刷電路板設計階段大為簡化,同時提供更高的時鐘性能。

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  LMK05318:超低抖動與行業最佳的無中斷切換性能

  TI BAW技術典型應用二:CC2652RB

  據預測,到2022年,物聯網應用的支出預計將從2018年的1510億美元左右提升至1.2萬億美元。 這一大幅增長表明,物聯網應用正在深入滲透各個領域??萍脊?、媒體和電信企業90%的高管表示,物聯網是他們業務戰略的核心。當前物聯網應用推廣的一個主要瓶頸是集成度不高,而無晶體無線技術恰恰可為物聯網應用帶來巨大的優勢。

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  圖:外部石英晶體解決方案和CC2652RB解決方案對比

  TI本次發布的另外一款產品就是業內首創的無晶體無線微處理器CC2652RB,它在方形扁平無引腳封裝內集成了一個BAW諧振器,因而無需外置高速48-MHz晶體。CC2652RB可集成到低功率無線射頻設備中,例如低功耗無晶體藍牙和Zigbee技術,從而減少由外部晶體引起的無線射頻故障。設計工程師可利用CC2652RB完成更簡單、更小巧的設計,同時還能提升性能、降低成本。由于設計人員無需篩選、校準和組裝外部石英晶體,從而加快了產品上市的時間。

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  CC2652RB:業界先進的無外置石英晶振的無線MCU

  目前,LMK05318已經投入量產,CC2652RB則計劃于2019年下半年為客戶提供樣品。未來,TI會將根據客戶的需求開發出更多集成TI BAW諧振器技術的產品。


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