如今，5G技術(shù)已是未來的發(fā)展方向，屆時(shí)將會(huì)有更多的數(shù)據(jù)需要從移動(dòng)設(shè)備端向系統(tǒng)輸出傳送。在傳輸速率越來越快的情況下，對(duì)時(shí)鐘的要求也隨之變得越來越嚴(yán)苛。比如假設(shè)在400Gbps時(shí)，相當(dāng)于每秒有400G數(shù)據(jù)需要傳輸，如此海量的數(shù)據(jù)對(duì)于時(shí)鐘是一種考驗(yàn)。而目前的技術(shù)卻已跟不上數(shù)據(jù)量迅猛增長的腳步。

據(jù)悉，傳統(tǒng)時(shí)鐘和石英晶振器件的產(chǎn)品在過去的十幾年一直都存在，并且這類產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛。當(dāng)這類產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初要考慮到設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本，而相對(duì)較為復(fù)雜的系統(tǒng)若要在成本之內(nèi)達(dá)到理想狀態(tài)，對(duì)于整體的設(shè)計(jì)時(shí)間、復(fù)雜性、穩(wěn)定性、PCB大小都會(huì)有所影響。

“為解決這樣的問題，我們選擇投資研究BAW技術(shù)以建設(shè)高性能通信設(shè)施基礎(chǔ)架構(gòu)，為互聯(lián)互通平臺(tái)掃清障礙。” 德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)吳健鴻先生在2月28日隆重舉行的“基于體聲波諧振器技術(shù)的核心產(chǎn)品新品發(fā)布會(huì)”上介紹道。

圖1：德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) 吳健鴻先生

BAW技術(shù)時(shí)鐘的誕生：5G趨勢(shì)使然

 BAW技術(shù)已經(jīng)不是新的技術(shù)，BAW中文名為體聲波，通常用于微型諧振器中，這個(gè)技術(shù)可以放在不同的IC里。BAW本身不是一個(gè)產(chǎn)品，而是技術(shù)，只要產(chǎn)品設(shè)計(jì)里需要牽涉到時(shí)鐘而且相對(duì)復(fù)雜的時(shí)鐘就可以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

“現(xiàn)在把BAW技術(shù)應(yīng)用在時(shí)鐘上，TI可能還是第一家。”吳健鴻表示，業(yè)界半導(dǎo)體公司BAW技術(shù)早有應(yīng)用，但都是以做濾波器為主。為什么要用BAW做濾波器呢？最主要的原因是訊號(hào)高頻時(shí)更穩(wěn)定，在高頻段性能BAW技術(shù)表現(xiàn)是最好的。

為什么TI有了這項(xiàng)技術(shù)不去做濾波器，而是做時(shí)鐘呢？吳健鴻說，“因?yàn)槲覀兪窍胗眠@個(gè)技術(shù)解決一些客戶真正的問題。在5G系統(tǒng)里，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量高達(dá)18Gbps，如此龐大的數(shù)據(jù)量非常需要精準(zhǔn)的時(shí)鐘，BAW技術(shù)本身是最適合的。”

采用了BAW技術(shù)后，振蕩器屬于MEMS時(shí)鐘還是普通時(shí)鐘？“BAW本身某種程度上算是MEMS，可以表述為MEMS的時(shí)鐘，但一般稱之為基于BAW技術(shù)的時(shí)鐘。”

圖2：誕生于當(dāng)前石英晶振器件的局限性——BAW技術(shù)

BAW技術(shù)：簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、高性能、低成本、小體積、抗干擾

BAW技術(shù)的設(shè)計(jì)原理是當(dāng)為該器件施加頻率，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)震動(dòng)，此時(shí)，在兩層Silicon中心的壓電材料將捕獲產(chǎn)生的能量，從而將會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。BAW諧振器的關(guān)鍵屬性是具備存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大聲能，用以獲得高電氣Q因子值。 “TI在這項(xiàng)技術(shù)上調(diào)研了很多年，這項(xiàng)技術(shù)最難的地方在于真正做到量產(chǎn)，在這方面TI也花了很多時(shí)間，現(xiàn)在終于可以很成功地量產(chǎn)。而在量產(chǎn)和生產(chǎn)上突破以后，結(jié)合在無線MCU上將會(huì)是較為簡(jiǎn)單的事情。”

應(yīng)用BAW技術(shù)的時(shí)鐘有哪些優(yōu)點(diǎn)？據(jù)了解，采用BAW技術(shù)的新型芯片，有助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)邏輯，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并在支持穩(wěn)定、簡(jiǎn)化和高性能的數(shù)據(jù)交付的同時(shí)，具有削減總成本的潛力。BAW技術(shù)支持把高精度和超低抖動(dòng)時(shí)鐘直接集成到包含其他電路的封裝中，比外置石英晶振設(shè)備小巧，可提供更高質(zhì)量的有線和無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。另外，從無線消費(fèi)電子產(chǎn)品到高端工業(yè)系統(tǒng)，可為各種領(lǐng)域提供更高質(zhì)量的通信和更高的效率。

正因這樣的特點(diǎn)所以在工業(yè)汽車、通訊設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)路由器、醫(yī)療設(shè)備、工廠和樓宇自動(dòng)化以及電網(wǎng)設(shè)施上對(duì)于數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性都有較高的要求，所以都非常適宜搭載BAW技術(shù)。

圖3：BAW技術(shù)適用于各個(gè)場(chǎng)景

TI BAW技術(shù)：有需求的場(chǎng)景都將使用這項(xiàng)技術(shù)

此次，TI發(fā)布了兩款新的基于TI BAW的產(chǎn)品——CC2652RB與LMK05318。這兩塊芯片在2018年就已經(jīng)發(fā)布，此前這兩款芯片本身不帶有BAW技術(shù)，而產(chǎn)生這樣的應(yīng)用正是因?yàn)槭袌?chǎng)的需求。

吳健鴻說，“目前，很多客戶都將藍(lán)牙或Zigbee®等無線技術(shù)加載在產(chǎn)品中，而市場(chǎng)則需求相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，并且在PCB部分不需要有太復(fù)雜的計(jì)算就可以設(shè)計(jì)好的無線產(chǎn)品。這樣的情況下，搭載BAW技術(shù)的CC2652RB產(chǎn)品就可以幫到他們把設(shè)計(jì)部分做得更簡(jiǎn)單。”

SimpleLink™ CC2652RB是市場(chǎng)中首款無晶體無線MCU，能夠提供簡(jiǎn)化的連接設(shè)計(jì)選項(xiàng)，因?yàn)樗s減了工廠/樓宇自動(dòng)化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的總體占用空間。

另外，他還表示，在針對(duì)18Gbps的解決方案上，市場(chǎng)上石英晶振的性能指標(biāo)普遍很難達(dá)到要求。正因如此的難題，當(dāng)LMK05318整合了BAW技術(shù)，就會(huì)幫助客戶簡(jiǎn)化整個(gè)設(shè)計(jì)。”

LMK05318 400G網(wǎng)絡(luò)同步器利用BAW諧振器技術(shù)提供業(yè)界最高頻率、最低抖動(dòng)和最佳無中斷切換性能 - 精簡(jiǎn)了電信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

開創(chuàng)技術(shù)的先河后，并不能預(yù)期是否會(huì)有很多廠家涌入該市場(chǎng)，吳健鴻表示，擁有了BAW技術(shù)，一定會(huì)不斷地發(fā)展，盡可能確保在領(lǐng)域中領(lǐng)先。

最后，吳健鴻說，“這兩個(gè)產(chǎn)品不代表未來TI只有這兩個(gè)產(chǎn)品會(huì)用到BAW技術(shù)，BAW本身可以用到很多不同的產(chǎn)品里”。未來很多產(chǎn)品都會(huì)考慮使用該技術(shù)，吳健鴻表示只要真正可以解決客戶的問題，就會(huì)考慮把BAW直接放在TI的IC里。

圖4：基于BAW技術(shù)的兩款新產(chǎn)品

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