每個電子系統(tǒng)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。
圖一
幾十年來，設(shè)計人員一直使用石英晶體來產(chǎn)生這種電子心跳。通過晶體振蕩，實現(xiàn)精確的節(jié)奏。但當(dāng)這些昂貴的晶體出現(xiàn)磨損時，它們就會抖動或跳變，進而影響計時的精確性。
近日，德州儀器（TI）發(fā)布了兩款全新的基于體聲波(BAW, bulk acoustic wave)諧振器技術(shù)的核心產(chǎn)品。這些微型計時器尺寸僅有100微米，比頭發(fā)的直徑還小，但它們的運行頻率遠遠高于石英晶體，可實現(xiàn)更優(yōu)異的系統(tǒng)性能。
隨著5G通信和大數(shù)據(jù)時代的到來，全球系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度日益加快，高精度時鐘就變得愈發(fā)重要了。
從樓宇自動化到虛擬健康中的各種應(yīng)用，基于TI BAW技術(shù)的新產(chǎn)品能從根本上提升內(nèi)部時鐘的性能和應(yīng)用運行速度。
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過去，BAW諧振器技術(shù)常被用于過濾諸如智能電話之類的通信技術(shù)中的信號。在業(yè)內(nèi)，TI首次將這項技術(shù)用于集成時鐘功能。
無需石英：行業(yè)首創(chuàng)的無晶體無線MCU
TI這次發(fā)布的新產(chǎn)品中包括業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的無晶體無線微處理器（MCU），它在封裝內(nèi)集成了一個TI BAW諧振器。設(shè)計工程師可利用此MCU完成更簡單、更小巧的設(shè)計，同時還能提升性能、降低成本。由于設(shè)計人員無需篩選、校準和組裝外部石英晶體，從而加快了產(chǎn)品上市的時間。
TI互連微控制器事業(yè)部的副總裁Ray Upton表示：“通過運用并分析大量的數(shù)據(jù)做出準確、明智的決策是一項非常重要的創(chuàng)新能力。無線網(wǎng)絡(luò)是這種數(shù)據(jù)遷移的核心，通過連接設(shè)備連接最后一英里的能力是數(shù)據(jù)循環(huán)的關(guān)鍵部分?！?
圖二
到2022年，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的支出預(yù)計將從2018年的1510億美元左右提升至1.2萬億美元。[i]這一大幅增長表明，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正在深入滲透各個領(lǐng)域?？萍脊?、媒體和電信企業(yè)90%的高管表示，物聯(lián)網(wǎng)是他們業(yè)務(wù)戰(zhàn)略的核心。[ii]
Ray Upton說：“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣的一個主要瓶頸是集成度不高，而無晶體無線技術(shù)可為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來巨大的優(yōu)勢。”
TI新推出的搭載 BAW技術(shù)的最新款SimpleLink?多重標準MCU可集成到低功率無線射頻設(shè)備中，例如低功耗無晶體藍牙和Zigbee?技術(shù)，從而減少由外部晶體引起的無線射頻故障。
消除時鐘噪音：基于TI BAW技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)同步器減少數(shù)字噪聲
TI發(fā)布的另一款產(chǎn)品是基于BAW技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)同步器，與石英晶體一同使用，可減少數(shù)字噪聲或抖動。這些噪聲和抖動通常來自數(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。消除噪音將為5G網(wǎng)絡(luò)等電信系統(tǒng)帶來諸多優(yōu)勢。
TI副總裁兼高速數(shù)據(jù)與時鐘事業(yè)部總經(jīng)理Kim Wong表示：“未來通信基礎(chǔ)設(shè)施的時鐘要求，會遠遠超出當(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鐘設(shè)備中，我們可以實現(xiàn)超低抖動性能和彈性，滿足在通信轉(zhuǎn)型的過程中對數(shù)據(jù)管道在抗震動與抗沖擊方面日益嚴苛的要求。”
微型計時器的工作原理
TI BAW振蕩器是一種電子振蕩器電路，它利用壓電效應(yīng)，通過震動的微型聲波諧振器（BAW）的機械諧振產(chǎn)生穩(wěn)定的電子信號。這種精確的高頻信號可為電子系統(tǒng)提供時鐘和計時參考。
圖三
基于TI BAW技術(shù)的產(chǎn)品可為設(shè)計工程師提供多種優(yōu)勢：
更小的尺寸。集成至芯片封裝中，電路設(shè)計師無需在電路板上安裝單獨的時鐘器件。
大多數(shù)情況下能耗更低。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求快速開啟時鐘系統(tǒng)?；赥I BAW技術(shù)的振蕩器的喚醒速度比石英晶體快100倍。
更小的數(shù)字噪音。TI網(wǎng)絡(luò)同步器芯片提供的抖動性能優(yōu)于目前市場上的同類性能最佳設(shè)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(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，作為單芯片無線解決方案。
核心影響
隨著5G網(wǎng)絡(luò)和下一代通信技術(shù)的出現(xiàn)，從商業(yè)到醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)和教育的眾多領(lǐng)域都將受其影響。
一旦在通信基礎(chǔ)設(shè)施到位可以支持大量數(shù)據(jù)的傳輸，企業(yè)和政府就會希望提供無線覆蓋，以便在最后一英里的點對點連接，從倉庫中相互通信的對象到通信智能手機、恒溫器、心率監(jiān)測器和許多其他設(shè)備之間。
Ray Upton說：“通過改變系統(tǒng)的設(shè)計方法，我們的TI BAW諧振器技術(shù)將為下一代的工業(yè)和通信應(yīng)用的發(fā)展鋪平道路?！?
