5G正驅(qū)動(dòng)萬物互聯(lián)時(shí)代加速到來。當(dāng)海量的數(shù)據(jù)在海量的移動(dòng)設(shè)備端與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間加速傳輸，意味著時(shí)鐘信號(hào)的精確性越難以保證。設(shè)計(jì)人員幾十年來一直用石英晶體來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，但石英晶體較易損壞，不穩(wěn)定的性能和變慢的應(yīng)用運(yùn)行速度已滿足不了市場(chǎng)的高要求。想要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)，對(duì)保證每個(gè)電子組件得以同步運(yùn)行的時(shí)鐘信號(hào)便會(huì)要求苛刻。

德州儀器這幾年在市場(chǎng)上的表現(xiàn)相當(dāng)搶眼，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案層出不窮，2月28日德州儀器（TI）對(duì)外公布的體聲波（BAW）諧振器技術(shù)讓人眼前一亮。同期推出的CC2652RB SimpleLink?無線微控制器（MCU）與LMK05318網(wǎng)絡(luò)同步器時(shí)鐘，就是TI BAW技術(shù)應(yīng)用的最新產(chǎn)品。在介紹TI BAW諧振器技術(shù)時(shí)，德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳建鴻提到，5G是未來的方向，而TI這兩款產(chǎn)品非常適合應(yīng)用在下一代無線物聯(lián)網(wǎng)和高性能通信基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)中。

什么是TI BAW諧振器技術(shù)？

BAW中文名叫體聲波。BAW技術(shù)是一種微型諧振器技術(shù)，可以用在很多不同的產(chǎn)品里，只要產(chǎn)品設(shè)計(jì)里牽涉到時(shí)鐘且相對(duì)復(fù)雜的時(shí)鐘時(shí)，就可以使用BAW技術(shù)。BAW的好處之一是體積小，設(shè)計(jì)相對(duì)容易，可靠性比較高。別看TI的這兩款基于BAW諧振器技術(shù)的核心產(chǎn)品的尺寸僅有100μm，比頭發(fā)絲的直徑還小，但它們的運(yùn)行頻率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石英晶體，可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的系統(tǒng)性能。

TI BAW振蕩器的工作原理是利用壓電效應(yīng)，通過震動(dòng)的微型聲波諧振器的機(jī)械諧振產(chǎn)生穩(wěn)定的信號(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。雖然BAW濾波器十分常見，但將其用在諧振器上還是新的嘗試。據(jù)吳建鴻先生介紹，在做時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮性能，還要兼顧生產(chǎn)和設(shè)計(jì)成本。從生產(chǎn)來看，其難點(diǎn)是量產(chǎn)的一致性。TI花了很長的時(shí)間研究，最終通過在兩層不同的Silicon中間注入壓電材料解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，也保證了量產(chǎn)良率。

舉個(gè)例子，在一些工業(yè)和汽車應(yīng)用里，如果PCB板有很大的震動(dòng)，可能晶振會(huì)變得很不穩(wěn)定，影響時(shí)鐘性能，導(dǎo)致無線訊號(hào)有偏差，連接性不好。那么在這些設(shè)計(jì)環(huán)境，應(yīng)用很苛刻的情況下，BAW技術(shù)可以解決一些時(shí)鐘穩(wěn)定性的問題。除此以外，還有其他的在通訊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)路由器、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、工廠、樓宇自動(dòng)化和醫(yī)療系統(tǒng)都可以用到BAW技術(shù)。

吳健鴻先生進(jìn)一步總結(jié)道：“采用TI BAW諧振器技術(shù)的時(shí)鐘將幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)邏輯，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、簡(jiǎn)化和高性能的數(shù)據(jù)傳輸，從而可以降低潛在的整體開發(fā)和系統(tǒng)成本。從樓宇自動(dòng)化到虛擬健康中的各種應(yīng)用，基于TI BAW技術(shù)的新產(chǎn)品將從根本上提升內(nèi)部時(shí)鐘的性能和應(yīng)用運(yùn)行速度。”

業(yè)界首款無晶體無線MCU與網(wǎng)絡(luò)同步器時(shí)鐘

得益于TI BAW技術(shù)將晶振集成進(jìn)微控制器內(nèi)部，TI CC2652RB SimpleLink?無線微控制器（MCU）產(chǎn)品成為業(yè)界首款無晶體無線MCU。這款產(chǎn)品無外置高速48MHz時(shí)鐘，不僅可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使PCB占用空間縮小12%，還可以減少由外置時(shí)鐘引起的無線射頻故障，提升系統(tǒng)的抗干擾性和頻率穩(wěn)定性，帶來更低的功耗。同時(shí)CC2652RB是最低功耗的多標(biāo)準(zhǔn)器件，在單芯片上支持Zigbee®、Thread、低功耗藍(lán)牙®及私有2.4GHz連接解決方案。且工作范圍擴(kuò)大為-40℃-85℃，適合更廣泛的應(yīng)用、環(huán)境和場(chǎng)景。

TI LMK05318網(wǎng)絡(luò)同步器時(shí)鐘，同樣配備了BAW諧振器。它不僅可以支持400-Gbps鏈路傳輸，將時(shí)鐘性能提升了25db，還針對(duì)56Gbps和新興的112Gbps脈沖幅度調(diào)制4鏈路提供了超低比特誤差率，實(shí)現(xiàn)更佳的網(wǎng)絡(luò)性能。同時(shí)還可提供比同類器件更高的系統(tǒng)抖動(dòng)預(yù)算余量，具備超低抖動(dòng)和行業(yè)的無中斷開關(guān)性能，提高了抗振動(dòng)和沖擊能力。此外，由于無需系統(tǒng)內(nèi)編程，且簡(jiǎn)化了電源要求、減少了輔助元件的物料單BOM，使得PCB設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，LMK05318可提供更高的時(shí)鐘性能。

“LMK05318可應(yīng)用在有線通訊設(shè)備里的時(shí)鐘，但它最重要的應(yīng)用是在一些傳送超過或達(dá)到400Gbps輸出量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。并且如果在設(shè)備里發(fā)生了特殊情況需要重新調(diào)動(dòng)時(shí)鐘，會(huì)涉及到中斷切換性能。我們要確保切換途中不丟失數(shù)據(jù)，就要對(duì)切換時(shí)鐘相位突變有要求，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)產(chǎn)品的初衷。LMK05318切換時(shí)鐘相位突變只有正負(fù)50ps，這是一個(gè)亮點(diǎn)”，吳健鴻先生指出。

5G將為“大連接時(shí)代”的計(jì)算、存儲(chǔ)以及連接提供更高的峰值速率、低至毫秒級(jí)的時(shí)延，以及更低的成本和更高的能效。而由TI BAW技術(shù)催生出的新產(chǎn)品將會(huì)為通信變革帶來力量，它們都將為萬物智能連接時(shí)代提供最有力的支撐。在剛落幕的2019世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC 2019)上來自中國的5G設(shè)備驚艷亮相，讓我們看到了中國科技追趕上世界先進(jìn)腳步的希望。相信隨著更多公司的進(jìn)場(chǎng)，5G商用進(jìn)程、跨行業(yè)的融合創(chuàng)新將進(jìn)一步加快，萬物互聯(lián)新時(shí)代即將開啟。讓我們期待一個(gè)更美好、更智能的時(shí)代的誕生。