單祥茹

過去幾年，體聲波BAW（bulk acousticwave）濾波器因出色的高頻特性在3G， 4G時(shí)代大放異彩。近日，德州儀器（TI）利用自身在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和工藝上的優(yōu)勢(shì)，突破性地將BAW技術(shù)用于集成時(shí)鐘功能，并于2月28日宣布，現(xiàn)在已有兩款全新的嵌人式處理器和模擬芯片集成了BAW諧振器。消息一經(jīng)公布，立即引起行業(yè)極大關(guān)注。原因很簡(jiǎn)單，幾十年來，設(shè)計(jì)人員一直使用石英晶體來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)這些昂貴的晶體出現(xiàn)磨損時(shí)，時(shí)鐘抖動(dòng)將導(dǎo)致整個(gè)電子系統(tǒng)的性能劣化。此外，因材料和工藝的原因，石英晶振很難集成到芯片內(nèi)部，是尺寸敏感型應(yīng)用的一大瓶頸?，F(xiàn)在，這些困擾業(yè)界多年的問題有望得到徹底解決。

起底體聲波BAW諧振技術(shù)

BAW是一種微型諧振器技術(shù)，它支持把高精度和超低抖動(dòng)時(shí)鐘直接集成到包含其他電路的IC封裝中。因此，采用BAW技術(shù)的設(shè)備比外置石英晶振的設(shè)備更加小巧，同時(shí)可提供更高質(zhì)量的有線和無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。TI BAW諧振器技術(shù)的中心層是壓電材料，利用壓電效應(yīng)，通過BAW的機(jī)械諧振產(chǎn)生穩(wěn)定的電子信號(hào)。這種精確的高頻信號(hào)可為電子系統(tǒng)提供時(shí)鐘和計(jì)時(shí)參考。MTI半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻介紹，目前TI BAW諧振器的最高頻率可達(dá)2.5GHzo

基于TI BAW諧振器技術(shù)的產(chǎn)品能為設(shè)計(jì)人員帶來多種好處。一是更小的PCB尺寸。由于時(shí)鐘已集成至芯片的封裝中，電路設(shè)計(jì)師無需在電路板上安裝單獨(dú)的時(shí)鐘器件，減少了BOM器件的數(shù)量;二是能耗更低。大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)功耗極其敏感，且要求系統(tǒng)能夠快速開啟時(shí)鐘系統(tǒng)?；赥I BAW技術(shù)的振蕩器的喚醒速度比石英晶體快looms;三是更小的數(shù)字噪音。TI BAW諧振器擁有極佳的時(shí)鐘穩(wěn)定性，采用該技術(shù)的芯片將實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、簡(jiǎn)化和高性能的數(shù)據(jù)傳輸;四是可提供更純凈的時(shí)鐘。TI BAW諧振器提供超潔凈的計(jì)時(shí)參考，這對(duì)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，可作為單芯片無線解決方案。

兩款產(chǎn)品率先受益于BAW振蕩器的高性能

在TI發(fā)布的兩款全新的基于BAW諧振器的產(chǎn)品中，微型計(jì)時(shí)器的尺寸僅有100微米，比頭發(fā)的直徑還小，但它們的運(yùn)行頻率卻遠(yuǎn)高于石英晶體。采用TI BAW諧振器技術(shù)作為參考時(shí)鐘諧振器的芯片，能夠有效提升性能，提高機(jī)械應(yīng)力耐受性，例如振動(dòng)和沖擊等。由于BAW技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，所以有線和無線信號(hào)的數(shù)據(jù)同步將更為精確并使得連續(xù)傳輸成為可能，這意味著可以快速、無縫地處理數(shù)據(jù)，大幅提升整個(gè)系統(tǒng)的效率。

行業(yè)首創(chuàng)無晶體無線MCU：SimpleLinkCC2652RB是業(yè)內(nèi)首款無晶體無線微處理器 （MCU），它在封裝內(nèi)集成了一個(gè)TI BAW諧振器。在完整工作范圍內(nèi)，SimpleLink CC2652RB具有同類最佳的頻率穩(wěn)定性（+/-40ppm）以及空前的高集成度，PCB占用空間縮小10-15%。設(shè)計(jì)工程師可利用此款無線MCU完成更簡(jiǎn)單、更小巧的設(shè)計(jì)，同時(shí)還能提升性能、降低成本。由于設(shè)計(jì)人員無需篩選、校準(zhǔn)和組裝外部石英晶體，從而加快了產(chǎn)品上市的時(shí)間。

目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣的一個(gè)主要瓶頸是集成度不高，而無晶體無線MCU可為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來巨大的優(yōu)勢(shì)。搭載TI BAW技術(shù)的SimpleLinkCC2652RB MCU可用于低功率無線射頻設(shè)備中，例如低功耗無晶體藍(lán)牙和Zigbee技術(shù)，從而減少由外部晶體引起的無線射頻故障。

有效消除時(shí)鐘噪音的網(wǎng)絡(luò)同步器：TI發(fā)布的另一款搭載BAW諧振器技術(shù)的產(chǎn)品是網(wǎng)絡(luò)同步器LMK05318，與石英晶體一同使用，可減少數(shù)字噪聲或抖動(dòng)，這些噪聲和抖動(dòng)通常來自數(shù)據(jù)中心核心網(wǎng)絡(luò)中有線或無線硬件基礎(chǔ)設(shè)施的通信子系統(tǒng)的輸入信號(hào)。隨著5G通信和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，全球系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度日益加快，消除噪音將為5G網(wǎng)絡(luò)等電信系統(tǒng)帶來諸多優(yōu)勢(shì)。

基于TI BAW諧振器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)同步器時(shí)鐘LMK05318，可支持400Gbps鏈接，312.5MHz（APLL1）頻率下抖動(dòng)性能為50fs RMS，155.52MHz（APLL2）頻率下抖動(dòng)性能為125fs RMS，無需其他組件，LMK05318將無中斷切換性能（士50ps相變）提高為市場(chǎng)同類產(chǎn)品的4倍。采用TIBAW諧振器技術(shù)的LMK05318集成了參考時(shí)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(jī)械應(yīng)力耐受性，例如振動(dòng)和沖擊等。由于TI BAW技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，所以有線和無線信號(hào)的數(shù)據(jù)同步更為精確并使得連續(xù)傳輸成為可能，這意味著可以快速、無縫地處理數(shù)據(jù)，大幅提升整個(gè)系統(tǒng)的效率。

具有離散時(shí)鐘和石英晶體器件的通信和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)不僅成本高，通常性能更容易受環(huán)境條件影響?？梢灶A(yù)見，未來通信基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)鐘要求將遠(yuǎn)超當(dāng)前石英晶體諧振器的設(shè)備性能。通過將TI BAW諧振器直接集成到時(shí)鐘設(shè)備中，我們可以實(shí)現(xiàn)超低抖動(dòng)性能和彈性，滿足在通信轉(zhuǎn)型的過程中對(duì)數(shù)據(jù)管道在抗震動(dòng)與抗沖擊方面日益嚴(yán)苛的要求。通過改變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，TIBAW諧振器技術(shù)將為下一代工業(yè)和通信應(yīng)用的發(fā)展鋪平道路，這項(xiàng)突破性技術(shù)的影響將會(huì)提高全球?qū)缍喾N行業(yè)卓越創(chuàng)新的需求。