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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平道路
    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??砂镏低成杓剖蚧杓坡呒?,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、开发过程复杂、耗时、性能易受环境条件影响、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,现有的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,以小尺寸提供最高频率。这一高度集成的芯片能够有效提升性能,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种领域提供更高质量的通信和更高的效率。

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      图:用作谐振器的压电材料(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种优势:

    • 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?;赥I 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市场上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?!?/p>

      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硬件基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料单,LMK05318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??萍脊?、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:外部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。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、降低成本。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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