德州仪器BAW谐振器技术助力5G时代的通信变革

5G正驱动万物互联时代加速到来。当海量的数据在海量的移动设备端与系统网络之间加速传输，意味着时钟信号的精确性越难以保证。设计人员几十年来一直用石英晶体来产生时钟信号，但石英晶体较易损坏，不稳定的性能和变慢的应用运行速度已满足不了市场的高要求。想要实现数据的快速响应，对保证每个电子组件得以同步运行的时钟信号便会要求苛刻。

德州仪器这几年在市场上的表现相当抢眼，各种新技术、新产品、新方案层出不穷，2月28日德州仪器（TI）对外公布的体声波（BAW）谐振器技术让人眼前一亮。同期推出的CC2652RB SimpleLink™无线微控制器（MCU）与LMK05318网络同步器时钟，就是TI BAW技术应用的最新产品。在介绍TI BAW谐振器技术时，德州仪器半导体事业部中国区业务拓展总监吴建鸿提到，5G是未来的方向，而TI这两款产品非常适合应用在下一代无线物联网和高性能通信基础设施的设计中。

什么是TI BAW谐振器技术？

BAW中文名叫体声波。BAW技术是一种微型谐振器技术，可以用在很多不同的产品里，只要产品设计里牵涉到时钟且相对复杂的时钟时，就可以使用BAW技术。BAW的好处之一是体积小，设计相对容易，可靠性比较高。别看TI的这两款基于BAW谐振器技术的核心产品的尺寸仅有100μm，比头发丝的直径还小，但它们的运行频率却远远高于石英晶体，可实现更优异的系统性能。

TI BAW振荡器的工作原理是利用压电效应，通过震动的微型声波谐振器的机械谐振产生稳定的信号。这种精确的高频信号可为电子系统提供时钟和计时参考。虽然BAW滤波器十分常见，但将其用在谐振器上还是新的尝试。据吴建鸿先生介绍，在做时钟设计时，不仅要考虑性能，还要兼顾生产和设计成本。从生产来看，其难点是量产的一致性。TI花了很长的时间研究，最终通过在两层不同的Silicon中间注入压电材料解决了这一问题，实现了简单的生产工艺，也保证了量产良率。

举个例子，在一些工业和汽车应用里，如果PCB板有很大的震动，可能晶振会变得很不稳定，影响时钟性能，导致无线讯号有偏差，连接性不好。那么在这些设计环境，应用很苛刻的情况下，BAW技术可以解决一些时钟稳定性的问题。除此以外，还有其他的在通讯设备、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BAW技术。

吴健鸿先生进一步总结道：“采用TI BAW谐振器技术的时钟将帮助系统设计师简化设计逻辑，缩短产品上市时间，同时实现稳定、简化和高性能的数据传输，从而可以降低潜在的整体开发和系统成本。从楼宇自动化到虚拟健康中的各种应用，基于TI BAW技术的新产品将从根本上提升内部时钟的性能和应用运行速度。”

业界首款无晶体无线MCU与网络同步器时钟

得益于TI BAW技术将晶振集成进微控制器内部，TI CC2652RB SimpleLink™无线微控制器（MCU）产品成为业界首款无晶体无线MCU。这款产品无外置高速48MHz时钟，不仅可以简化设计，使PCB占用空间缩小12%，还可以减少由外置时钟引起的无线射频故障，提升系统的抗干扰性和频率稳定性，带来更低的功耗。同时CC2652RB是最低功耗的多标准器件，在单芯片上支持Zigbee®、Thread、低功耗蓝牙®及私有2.4GHz连接解决方案。且工作范围扩大为-40℃-85℃，适合更广泛的应用、环境和场景。

TI LMK05318网络同步器时钟，同样配备了BAW谐振器。它不仅可以支持400-Gbps链路传输，将时钟性能提升了25db，还针对56Gbps和新兴的112Gbps脉冲幅度调制4链路提供了超低比特误差率，实现更佳的网络性能。同时还可提供比同类器件更高的系统抖动预算余量，具备超低抖动和行业的无中断开关性能，提高了抗振动和冲击能力。此外，由于无需系统内编程，且简化了电源要求、减少了辅助元件的物料单BOM，使得PCB设计大为简化，LMK05318可提供更高的时钟性能。

“LMK05318可应用在有线通讯设备里的时钟，但它最重要的应用是在一些传送超过或达到400Gbps输出量的网络设备。并且如果在设备里发生了特殊情况需要重新调动时钟，会涉及到中断切换性能。我们要确保切换途中不丢失数据，就要对切换时钟相位突变有要求，这也是我们设计这个产品的初衷。LMK05318切换时钟相位突变只有正负50ps，这是一个亮点”，吴健鸿先生指出。

5G将为“大连接时代”的计算、存储以及连接提供更高的峰值速率、低至毫秒级的时延，以及更低的成本和更高的能效。而由TI BAW技术催生出的新产品将会为通信变革带来力量，它们都将为万物智能连接时代提供最有力的支撑。在刚落幕的2019世界移动通信大会(MWC 2019)上来自中国的5G设备惊艳亮相，让我们看到了中国科技追赶上世界先进脚步的希望。相信随着更多公司的进场，5G商用进程、跨行业的融合创新将进一步加快，万物互联新时代即将开启。让我们期待一个更美好、更智能的时代的诞生。