时钟如何追赶5G发展的脚步?

嵌入式ARM 2019-03-24 15:47

如今,5G技术已是未来的发展方向,届时将会有更多的数据需要从移动设备端向系统输出传送。在传输速率越来越快的情况下,对时钟的要求也随之变得越来越严苛。比如假设在400Gbps时,相当于每秒有400G数据需要传输,如此海量的数据对于时钟是一种考验。而目前的技术却已跟不上数据量迅猛增长的脚步。


据悉,传统时钟和石英晶振器件的产品在过去的十几年一直都存在,并且这类产品应用非常广泛。当这类产品在设计之初要考虑到设计成本和生产成本,而相对较为复杂的系统若要在成本之内达到理想状态,对于整体的设计时间、复杂性、稳定性、PCB大小都会有所影响。


“为解决这样的问题,我们选择投资研究BAW技术以建设高性能通信设施基础架构,为互联互通平台扫清障碍。” 德州仪器半导体事业部中国业务发展总监吴健鸿先生在2月28日隆重举行的“基于体声波谐振器技术的核心产品新品发布会”上介绍道。


图1:德州仪器半导体事业部中国业务发展总监 吴健鸿先生

 

BAW技术时钟的诞生:5G趋势使然


BAW技术已经不是新的技术,BAW中文名为体声波,通常用于微型谐振器中,这个技术可以放在不同的IC里。BAW本身不是一个产品,而是技术,只要产品设计里需要牵涉到时钟而且相对复杂的时钟就可以应用这项技术。


“现在把BAW技术应用在时钟上,TI可能还是第一家。”吴健鸿表示,业界半导体公司BAW技术早有应用,但都是以做滤波器为主。为什么要用BAW做滤波器呢?最主要的原因是讯号高频时更稳定,在高频段性能BAW技术表现是最好的。


为什么TI有了这项技术不去做滤波器,而是做时钟呢?吴健鸿说,“因为我们是想用这个技术解决一些客户真正的问题。在5G系统里,传输的数据量高达18Gbps,如此庞大的数据量非常需要精准的时钟,BAW技术本身是最适合的。”


采用了BAW技术后,振荡器属于MEMS时钟还是普通时钟?“BAW本身某种程度上算是MEMS,可以表述为MEMS的时钟,但一般称之为基于BAW技术的时钟。”



图2:诞生于当前石英晶振器件的局限性——BAW技术

 

BAW技术:简化设计、高性能、低成本、小体积、抗干扰


BAW技术的设计原理是当为该器件施加频率,会导致机械结构震动,此时,在两层Silicon中心的压电材料将捕获产生的能量,从而将会产生稳定的时钟信号。BAW谐振器的关键属性是具备存储结构内的最大声能,用以获得高电气Q因子值。 “TI在这项技术上调研了很多年,这项技术最难的地方在于真正做到量产,在这方面TI也花了很多时间,现在终于可以很成功地量产。而在量产和生产上突破以后,结合在无线MCU上将会是较为简单的事情。”


应用BAW技术的时钟有哪些优点?据了解,采用BAW技术的新型芯片,有助简化设计逻辑,缩短产品上市时间,并在支持稳定、简化和高性能的数据交付的同时,具有削减总成本的潜力。BAW技术支持把高精度和超低抖动时钟直接集成到包含其他电路的封装中,比外置石英晶振设备小巧,可提供更高质量的有线和无线网络信号。另外,从无线消费电子产品到高端工业系统,可为各种领域提供更高质量的通信和更高的效率。


正因这样的特点所以在工业汽车、通讯设施、网络路由器、医疗设备、工厂和楼宇自动化以及电网设施上对于数据和稳定性都有较高的要求,所以都非常适宜搭载BAW技术。


图3:BAW技术适用于各个场景

 

TI BAW技术:有需求的场景都将使用这项技术


此次,TI发布了两款新的基于TI BAW的产品——CC2652RB与LMK05318。这两块芯片在2018年就已经发布,此前这两款芯片本身不带有BAW技术,而产生这样的应用正是因为市场的需求。


吴健鸿说,“目前,很多客户都将蓝牙或Zigbee®等无线技术加载在产品中,而市场则需求相对简单的设计,并且在PCB部分不需要有太复杂的计算就可以设计好的无线产品。这样的情况下,搭载BAW技术的CC2652RB产品就可以帮到他们把设计部分做得更简单。”


SimpleLink™ CC2652RB是市场中首款无晶体无线MCU,能够提供简化的连接设计选项,因为它缩减了工厂/楼宇自动化和电网基础设施的总体占用空间。


另外,他还表示,在针对18Gbps的解决方案上,市场上石英晶振的性能指标普遍很难达到要求。正因如此的难题,当LMK05318整合了BAW技术,就会帮助客户简化整个设计。”


LMK05318 400G网络同步器利用BAW谐振器技术提供业界最高频率、最低抖动和最佳无中断切换性能 - 精简了电信和数据中心应用的设计。


开创技术的先河后,并不能预期是否会有很多厂家涌入该市场,吴健鸿表示,拥有了BAW技术,一定会不断地发展,尽可能确保在领域中领先。


最后,吴健鸿说,“这两个产品不代表未来TI只有这两个产品会用到BAW技术,BAW本身可以用到很多不同的产品里”。未来很多产品都会考虑使用该技术,吴健鸿表示只要真正可以解决客户的问题,就会考虑把BAW直接放在TI的IC里。


图4:基于BAW技术的两款新产品


TI BAW技术延伸阅读:

 

1.微型技术,影响全球:突破性TI BAW谐振器技术打造全新电子心跳

http://www.21ic.com/news/semi/201903/875652.htm

 

2.TI突破性的BAW谐振器技术,为构建高性能的通信设施基础架构和无线互联互通平台扫清了障碍

http://www.21ic.com/news/semi/201903/875670.htm

 

3.了解有关TI BAW技术的5项技术要点

http://www.21ic.com/news/semi/201903/879828.htm

 

4.准备好迎接TI BAW 技术了吗?

http://www.21ic.com/news/semi/201903/879995.htm

 

5. 突破性TI 体声波(BAW)技术在信息洪流中推进大数据发展

http://www.21ic.com/app/computer/201903/882267.htm

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