每個(gè)電子系統(tǒng)都必須要有心跳 -- 時(shí)鐘信號，它可以幫助每個(gè)組件完美同步的運(yùn)行。
圖一
幾十年來，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)精確的節(jié)奏。但當(dāng)這些昂貴的晶體出現(xiàn)磨損時(shí)，它們就會抖動(dòng)或跳變，進(jìn)而影響計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器尺寸僅有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。
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，高精度時(shí)鐘就變得愈發(fā)重要了。
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)品能從根本上提升內(nèi)部時(shí)鐘的性能和應(yīng)用運(yùn)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(xiàng)技術(shù)用于集成時(shí)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(gè)TI BAW諧振器。設(shè)計(jì)工程師可利用此MCU完成更簡單、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。
TI互連微控制器事業(yè)部的副總裁Ray Upton表示：“通過運(yùn)用并分析大量的數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確、明智的決策是一項(xiàng)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(jì)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(gè)領(lǐng)域?？萍脊尽⒚襟w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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(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。
消除時(shí)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(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。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(shí)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(shí)鐘要求，會遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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。”
微型計(jì)時(shí)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(dòng)的微型聲波諧振器（BAW）的機(jī)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(shí)鐘和計(jì)時(shí)參考。
圖三
基于TI BAW技術(shù)的產(chǎn)品可為設(shè)計(jì)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(jì)師無需在電路板上安裝單獨(dú)的時(shí)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(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(dòng)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(shí)鐘。TI BAW諧振器提供超潔凈的計(jì)時(shí)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(diǎn)對點(diǎn)連接，從倉庫中相互通信的對象到通信智能手機(jī)、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(jì)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?！?
