突破性創新，TI BAW諧振器技術或將改寫時鐘產業格局

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時代大放異彩。近日，德州儀器（TI）利用自身在半導體設計和工藝上的優勢，突破性地將BAW技術用于集成時鐘功能，并于2月28日宣布，現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。消息一經公布，立即引起行業極大關注。原因很簡單，幾十年來，設計人員一直使用石英晶體來產生時鐘信號。當這些昂貴的晶體出現磨損時，時鐘抖動將導致整個電子系統的性能劣化。此外，因材料和工藝的原因，石英晶振很難集成到芯片內部，是尺寸敏感型應用的一大瓶頸。現在，這些困擾業界多年的問題有望得到徹底解決。

起底體聲波BAW諧振技術

BAW是一種微型諧振器技術，它支持把高精度和超低抖動時鐘直接集成到包含其他電路的IC封裝中。因此，采用BAW技術的設備比外置石英晶振的設備更加小巧，同時可提供更高質量的有線和無線網絡信號。TI BAW諧振器技術的中心層是壓電材料，利用壓電效應，通過BAW的機械諧振產生穩定的電子信號。這種精確的高頻信號可為電子系統提供時鐘和計時參考。MTI半導體事業部中國區業務拓展總監吳健鴻介紹，目前TI BAW諧振器的最高頻率可達2.5GHzo

基于TI BAW諧振器技術的產品能為設計人員帶來多種好處。一是更小的PCB尺寸。由于時鐘已集成至芯片的封裝中，電路設計師無需在電路板上安裝單獨的時鐘器件，減少了BOM器件的數量;二是能耗更低。大多數物聯網應用對功耗極其敏感，且要求系統能夠快速開啟時鐘系統。基于TI BAW技術的振蕩器的喚醒速度比石英晶體快looms;三是更小的數字噪音。TI BAW諧振器擁有極佳的時鐘穩定性，采用該技術的芯片將實現穩定、簡化和高性能的數據傳輸;四是可提供更純凈的時鐘。TI BAW諧振器提供超潔凈的計時參考，這對每秒數百Gb的高速數據傳輸十分重要。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。

兩款產品率先受益于BAW振蕩器的高性能

在TI發布的兩款全新的基于BAW諧振器的產品中，微型計時器的尺寸僅有100微米，比頭發的直徑還小，但它們的運行頻率卻遠高于石英晶體。采用TI BAW諧振器技術作為參考時鐘諧振器的芯片，能夠有效提升性能，提高機械應力耐受性，例如振動和沖擊等。由于BAW技術能夠實現穩定的數據傳輸，所以有線和無線信號的數據同步將更為精確并使得連續傳輸成為可能，這意味著可以快速、無縫地處理數據，大幅提升整個系統的效率。

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

目前，物聯網應用推廣的一個主要瓶頸是集成度不高，而無晶體無線MCU可為物聯網應用帶來巨大的優勢。搭載TI BAW技術的SimpleLinkCC2652RB MCU可用于低功率無線射頻設備中，例如低功耗無晶體藍牙和Zigbee技術，從而減少由外部晶體引起的無線射頻故障。

有效消除時鐘噪音的網絡同步器：TI發布的另一款搭載BAW諧振器技術的產品是網絡同步器LMK05318，與石英晶體一同使用，可減少數字噪聲或抖動，這些噪聲和抖動通常來自數據中心核心網絡中有線或無線硬件基礎設施的通信子系統的輸入信號。隨著5G通信和大數據時代的到來，全球系統之間的數據傳輸速度日益加快，消除噪音將為5G網絡等電信系統帶來諸多優勢。

基于TI BAW諧振器技術的網絡同步器時鐘LMK05318，可支持400Gbps鏈接，312.5MHz（APLL1）頻率下抖動性能為50fs RMS，155.52MHz（APLL2）頻率下抖動性能為125fs RMS，無需其他組件，LMK05318將無中斷切換性能（士50ps相變）提高為市場同類產品的4倍。采用TIBAW諧振器技術的LMK05318集成了參考時鐘諧振器，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，提高機械應力耐受性，例如振動和沖擊等。由于TI BAW技術能夠實現穩定的數據傳輸，所以有線和無線信號的數據同步更為精確并使得連續傳輸成為可能，這意味著可以快速、無縫地處理數據，大幅提升整個系統的效率。

具有離散時鐘和石英晶體器件的通信和工業自動化系統不僅成本高，通常性能更容易受環境條件影響。可以預見，未來通信基礎設施的時鐘要求將遠超當前石英晶體諧振器的設備性能。通過將TI BAW諧振器直接集成到時鐘設備中，我們可以實現超低抖動性能和彈性，滿足在通信轉型的過程中對數據管道在抗震動與抗沖擊方面日益嚴苛的要求。通過改變系統的設計方法，TIBAW諧振器技術將為下一代工業和通信應用的發展鋪平道路，這項突破性技術的影響將會提高全球對跨多種行業卓越創新的需求。