高精度电子心跳 源自TI突破性的BAW谐振器技术

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所属分类:半导体

时钟信号(Clock Signal)是时序逻辑的基础,用于决定逻辑单元中的状态何时更新,是有固定周期并与运行无关的信号量。时钟信号有固定的时钟频率,在电子尤其是信号的同步数字电路,信号的利用像一个节拍器协调行动的数字电路,它可以帮助每个组件完美同步的运行。

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德州仪器 (TI) 半导体事业部中国区业务拓展总监吴健鸿先生

但是,目前的技术跟不上数据量迅猛增长的脚步。TI突破性地首次将BAW谐振器技术用于集成时钟功能,德州仪器 (TI) 半导体事业部中国区业务拓展总监吴健鸿先生,迫不及待地向EEWORLD记者介绍了这一新应用。

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石英晶体难以企及的高精度

吴健鸿先生首先阐述了当前产业环境面临的问题:“具有离散时钟和石英晶体器件的通信和工业自动化系统不仅成本高昂,而且开发过程复杂、耗时,通常性能容易受环境条件影响。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。特别是随着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,高精度时钟就变得愈发重要了。”

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吴健鸿先生接着表示:“未来通信基础设施的时钟要求,会远远超出当前石英晶体谐振器的设备性能。通过将TI BAW谐振器直接集成到时钟设备中,我们可以实现超低抖动性能和弹性,满足在通信转型的过程中对数据管道在抗震动与抗冲击方面日益严苛的要求。”

TI BAW振荡器可产生稳定、精确的高频信号

德州仪器(TI)全新的两款基于体声波(BAW, bulk acoustic wave)谐振器技术的核心产品。这些微型计时器尺寸仅有100微米,比头发的直径还小,但它们的运行频率远远高于石英晶体,可实现更优异的系统性能。

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对于BAW技术,吴健鸿先生首先做了讲解:“BAW本身不是一个产品,是个技术,这个技术可以用在很多不同的产品里,只要产品设计里需要牵涉到时钟而且相对复杂的时钟时,这个BAW的技术就可以用到。过去,BAW谐振器技术常被用于过滤诸如智能电话之类的通信技术中的信号。在业内,TI首次将这项技术用于集成时钟功能。”

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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。

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基于BAW的差分振荡器

基于TI BAW技术的四大优势

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。

吴健鸿先生不无骄傲地表示: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。

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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。基于TI 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。

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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(RF)芯片上,作为单芯片无线解决方案。

无需石英的MCU以及更高性能的网络同步器新品

TI这次发布的新产品中包括业内首创的无晶体无线微处理器(MCU),它在封装内集成了一个TI BAW谐振器。设计工程师可利用此MCU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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TI发布的另一款产品是基于BAW技术的网络同步器,与石英晶体一同使用,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。

基于自身特点的应用领域

对于BAW技术的应用,吴健鸿先生也给出了TI的理解:“在一些工业或汽车应用里,如果PCB板有很大的震动,晶振很不稳定,导致有可能无线讯号有偏差。在这些应用很苛刻的设计环境下,BAW技术可以解决一些时钟稳定性的问题。”

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“除此以外,比如在通讯领域,因为现在通讯设备传输量很大,所以它对时钟的要求就会很高,BAW技术的应用就会特别好。其他的在网络路由器、电网基础设施、工厂、楼宇自动化和医疗系统都可以用到这个技术。 ”

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