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TI突破性的BAW谐振器技术,为建设高性能通信设施基础架构和无线互联互通平台扫清了障碍

作者:时间:2019-03-25来源:电子产品世界收藏

  时间:2019年2月28日上午

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201903/398834.htm

  发言人:吴健鸿,德州仪器半导体事业部中国业务发展总监

  问答部分:

  问1:请问MCU体积和设计上会有优化空间吗?未来在这方面会有哪些创新?

  吴健鸿:刚才有提到,设计中,最重要的是省掉晶振体积,这是12%的减少。一般2.4G的设计里,占的最大空间是MCU本身的体积,我们已经把MCU和无线部分整合到一颗芯片里,此外,把外围的晶振也放在里面,中间省掉了除了石英晶振以外外围的两三个器件,这样可能就是最好的设计。其他占用PCB部分就是天线部分,天线本身和IC设计关系不大。我需要强调两个方面,一方面我们把体积缩小了,另一方面产品稳定性提升。

  问2:BAW技术应该不是一个新的技术,早就有了,但通常是用在做滤波器,怎么想到把它拿来做,滤波器和在原理上利用了BAW什么特性?是怎样做的?

  吴健鸿:这是很好的问题,业界半导体公司确实是有用到BAW技术,但都是以做滤波器为主。现在把BAW用在时钟上可能还是第一家。为什么他们会用BAW做滤波器呢?最主要的原因,还是因为他们需要讯号高频的时候有更稳定的滤波,BAW技术在高频段性能表现是最好的。

  为什么TI拿了这个技术不去做滤波器,而是做时钟呢?因为我们是想用这个技术解决一些客户真正的问题。现实的问题是什么呢?在5G系统里,传输的数据量就会达到18Gbps,这样大的数据量,这么大数据量的传输时间,需要很精准的时钟给到系统,BAW技术本身是最适合的。正因为这个原因,TI拿了这个技术做了很多设计,而且我们的设计是用硅Silicon的方法去做的,和其他的产品合并在一起,做法很简单很容易。

  问3:请问MCU集成BAW技术是不是代表未来的一种发展趋势?集成这个技术有什么难度?工艺、材料方面需要克服哪些问题?

  吴健鸿:BAW技术的设计原理是在两层不同的Silicon中间压电材料,从中把中间震动的能量存在这里面,导致很稳定的时钟信号从这边出来。TI花了很多年去调研这个技术,把它做到最好,同时花了很多时间解决生产问题,现在我们终于可以很成功地把这样的技术量产。刚才你问到难度是什么?最主要的是把这样的技术真正做到量产、生产,这是最难的地方。当我们有了这个突破以后,和很多无线MCU整合就是很简单的事情。

  我们今天讲到的其实是两个产品,也不会讲太多未来我们的产品怎么样去设计,很肯定,未来我们很多产品里都会考虑使用这个技术,只要真正可以解决客户的问题,我们就会考虑把BAW直接放在我们的IC里。

  问4:如果可以集成的话,以后单独的时钟或石英晶振市场会不会进一步萎缩或者以后会被替代掉?

  吴健鸿:这要取决于业界到底有多少(客户)有多少用TI的产品,如果全都用TI的产品,其他做时钟的就会比较困难一点。市场上还有很多产品不是用TI技术设计的,从这个角度来讲,还是需要有外置的时钟进入这个市场。

  问5:我请教两个问题,在应用方面BAW有哪些局限性吗?您刚刚谈到,用了BAW以后,产品的性能有提升,我的提问是,这个性能的提升是源于BAW技术与材料本身,还是因为把石英晶振集成到了芯片内这一举措?

  吴健鸿:到底怎么体现卓越性能。简单来说,整个BAW是个时钟元,如果这个时钟元不放入IC里,那么从原来时钟元到IC中间的PCB可能会多少有一些干扰的影响,比如电源的干扰或外围进来的一些讯号干扰,都会从PCB或IC管脚里进去系统。现在正因为我把BAW整合到IC里,基本就可以把PCB的部分去掉,从而获得更高性能的时钟。最主要是这个原因。

  问6:采用了BAW技术之后,这个振荡器算是MEMS时钟还是算普通时钟?

  吴健鸿:这是很好的问题,因为BAW本身某种程度上算是一个MEMS,你可以说这是一个MEMS的时钟,可是一般我们也不会这样说,会直接说这是个BAW的技术。

  问7:跟SiTime那样专门做MEMS的时钟还是不太一样?还有压力偏压那些?

  吴健鸿:MEMS谐振器需要原始和真空环境才能正常工作。 TI的BAW谐振器技术不需要真空操作,它可以在大气压下运行,因此氦泄漏不是我们技术的关注点。

  (补充信息:TI BAW技术原理:

  · TI BAW谐振器技术中心层是压电材料。

  · 当为该器件施加频率,会导致机械结构震动,此时,层结构将捕获产生的能量。

  · 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。)

  问8:这个时钟架构和以前没有太大变化,前端用BAW技术会有一些变化?

  吴健鸿:可以这样说。

  问9:我有两个问题,我们也知道CC2652RB和LMK05318两块芯片在2018年就已经发布了,此次讲BAW技术,把这两个产品单独拿出来讲,这两个产品是BAW技术的典型应用吗?一款是针对无线,二是网络同步器应用,这是两大块典型应用?我们把BAW技术整合到整个IC里,整个IC的成本与传统IC相比会不会有很大的提升?

  吴健鸿:你的说法很准确,本身CC2652RB和LMK05318本身有不带BAW的版本。为什么我们有了没有BAW的产品以后,再做个有BAW的产品呢?最重要的是,因为我们看到了客户设计产品时是有一些问题想解决的,正因为有了这些问题他们想解决,我们的BAW技术加上传统产品以后,是可以帮到他们的。

  现在很多客户都是将蓝牙或Zigbee®等无线技术加载在他的产品里,他们想要的就是相对简单的设计,而且是在PCB部分不需要有这样高的计算含量就可以设计好的无线产品。这样的情况下,我们整合了BAW技术的CC2652RB产品就可以帮到他们把设计部分做得更简单。

  LMK05318为什么我们要特别做个BAW版本呢?因为一些做网络设备的人在用不同的时钟,哪怕是TI,去设计针对18Gbps的解决方案是也发现有一些性能指标很难达到。比如切换的时间,时钟信号有多干净,这些问题对他们来说是非常难的问题。正因为他们有了这样难的问题,当我们整合了这个BAW在里面,就会帮他们简化了整个设计。

  关于第二个问题,关于成本的部分,是有两方面,一是设计成本,二是生产成本。设计成本来说,刚才我已经讲了很多原因,应用了BAW以后,设计本身简单了很多,容易了很多,从这个角度来讲,设计成本可以帮助客户省掉很多。至于产品成本方面,我可以告诉大家,每件新产品都需要具备它本身的竞争力以及相对性价比,要不然客户也不会选购。

  (补充信息: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:

  · 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。

  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。

  · 减少BOM的项目

  · 改善网络性能

  · 提高下一代工业和电信应用的抗震动与抗冲击能力)

  问10:您刚才说两款高性能器件是集成到内部芯片里,那么集成石英晶振不是一样吗?它也可以做到很高频。

  吴健鸿:刚才我说用到的方法还是以硅为主,正因为这个原因,我们生产技术角度来讲,不需要额外增加一些材料在里面,虽然需要有压电材料加在里面这已经是半导体产品生产需要加的材料,生产工艺相对比较简单,这个角度,我们放BAW在里面比放石英时钟在里面,生产上会容易很多。而且可以这样说,BAW在高频部分的性能永远都会比一般的时钟来得干净,来得好。

  问11:您说它比石英性能好主要体现在哪些方面?刚才说屏蔽方面,抗震、温度变化稳定性上是不是也有优势呢?

  吴健鸿:确实,你讲的那几点确实都是BAW的好处。工作温度范围部分是相对比较稳定的,当温度增加的情况下,对BAW本身出来的时钟稳定性不会有太大的影响,这是BAW时钟其中的一个好处;干扰的部分已经结合到IC里,所以抗干扰部分也会稍微好一些。

  问12:LMK05318最后是用在时钟板卡里吧?

  吴健鸿:它不是用在时钟板卡里,本身会用在一些网络设备里,会有很多不同的IC需要时钟元的,举例有很多ASIC+FPGA、处理器和射频,都需要稳定的时钟元,在这么大一个板子上需要专门产生时钟元,给很多不同的IC。这样的情况下,就会用到网络时钟同步器这样的产品。

  问13:您一直强调BAW技术用的是高频,我想请问高频高到什么程度?现在的石英技术碰到干扰问题是怎么解决的?

  吴健鸿:BAW本身可以支持达到2.5GHz的频率,。

  现在没有BAW技术,他们是怎么做的?一般我们会用这样的产品,外面会加很多时钟去抖动芯片,去改变时钟,让它弄得更干净,大概是用这样的方法去做,加上PCB设计会很小心地设计,从而尽可能减少干扰,控制在可控的范围内。正因为有了这个BAW以后,外面就可以省掉那些刚才我说到的IC。

  问14:BAW谐振器,您预估什么时间可以量产,这个产品最先可以用在什么样的市场?

  吴健鸿:LMK05318这个产品已经在量产,是可以买到的,CC2652RB版本现在还没有到量产阶段,现在是把这个技术发布,会在今年后半年时间开始给到样品给客户,网上已经可以看到,但是preview。CC2652RB所有的数据手册都已经有,但样品现在还没有,要到下半年才会一步步出来。

  问15:TI对这两款产品,将BAW应用在谐振器,更多是用在创意上还是技术实现难度上,我们开创了这个先河以后,会不会有很多家马上涌入过来,如何保持TI的领先性?

  吴健鸿:说实话,很难说,我不知道,因为我们真的解决了生产的问题,所以,我们可以把BAW的技术用到IC里做整合。至于其他竞争对手是不是能这么快把这个问题解决掉,我不知道,我不好说,所以很难去讲。既然我们有了这个技术,一定会不断地发展,确保我们尽可能在这个领域里领先,TI可以做的事情就这么多,至于竞争对手做什么,我很难估计。

  问16: 如果这个时钟元在外面的话可以为不同的电路提供信号,现在我们把这个时钟元集中在IC里了,这个信号只能在IC里用,没有办法往外输出的对吗?如果这个板上有其他地方需要时钟,我是不是还需要再配备一个时钟元提供给他,这样会不会有成本上的浪费呢?

  吴健鸿:关于第二个问题,是非常好的问题,我们会这样考虑这个问题,为什么我们挑了这两个产品,最先整合BAW的原因呢?之前我也回答了其中一个原因,使用配备BAW谐振器技术的SimpleLink MCU可以帮助客户解决具体的时钟设计问题。

  另一个原因是,一般这些无线MCU的设计或有带无线MCU的PCB里,其实外部元件已经很少,但往往还需要一个外部时钟。在这样的情况下,我们在CC2652RB上进行此设计以节省这个外部时钟。为什么我们会在LMK05318去做(这个技术)呢?是因为这颗产品能够利用BAW技术实现时钟同步,意味着我有一个时钟元,这颗IC通过APLL技术给出很多不同的时钟给外围的IC去用。在这样的情况下,BAW从LMK05318发送时钟。

  是不是TI每颗IC都会放BAW在里面,取决于到底我们放BAW在里面是解决问题了还把这个问题弄得更复杂,如果是更复杂就没有必要去整合了。同样,客户也会选择性地去挑IC。

  问17:目前只有这两个产品采用了TI BAW谐振器技术吗?

  吴健鸿:目前为止,我们今天只发布这两个,后面我们会好好地利用BAW技术。这个BAW技术可以用在所有产品里,还是要考虑我们整合的这个BAW是不是能真正解决一些问题,所以,后面我们会retail不同的产品去整合。



关键词: TI 谐振器

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