本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)，作者/寧遠(yuǎn)。
時鐘信號，我們常常在電子組件中看到但很少深入了解，它被用于同步電路，保證相關(guān)電子組件能夠同步運(yùn)作。傳統(tǒng)的時鐘使用外部石英晶體，通過晶體振蕩保證精確的節(jié)奏。
BAW體聲波技術(shù)，一種微諧振器技術(shù)，這項技術(shù)很早就在濾波器中得以應(yīng)用，用于過濾通信信號。在無線通信正朝著高通信頻率、高傳輸速率和高集成化方向發(fā)展中，微諧振器技術(shù)開始集成時鐘功能提升時鐘性能。使用該技術(shù)可以將高精度和超低抖動時鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。BAW技術(shù)比外部石英晶體體積更小，能通過網(wǎng)絡(luò)提供更清晰的有線和無線信號，可以為從無線消費(fèi)電子產(chǎn)品到高端工業(yè)系統(tǒng)等一系列領(lǐng)域提供更高質(zhì)量的通信和更高的效率。
5G與BAW
從BAW應(yīng)用最廣泛的濾波器角度來說，BAW諧振器的關(guān)鍵屬性是具備存儲結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大聲能，用以獲得高電氣Q因子值，BAW技術(shù)比SAW技術(shù)在更高頻段、更大帶寬下能保持更高的性能。這一點非常重要，在高頻段里，BAW技術(shù)的表現(xiàn)是更好的。在龐大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用里需要精準(zhǔn)的時鐘，BAW技術(shù)也是最合適的。
在5G已經(jīng)到來，且逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的今天，更高帶寬和更快數(shù)據(jù)速率的巨大需求需要通過不斷的網(wǎng)絡(luò)升級實現(xiàn)。傳輸速率越來越快，對時鐘的要求也越來越嚴(yán)格。假設(shè)在速率400Gbps時，400Gbps收發(fā)器使用四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）方案來傳輸數(shù)據(jù)，這與傳統(tǒng)的非歸零調(diào)制方案相比，可在相同帶寬下實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。
而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)802.3bs對PAM-4發(fā)射器有非常嚴(yán)格的發(fā)射抖動要求，僅將整個發(fā)射機(jī)抖動的一小部分分配給網(wǎng)絡(luò)同步器生成的參考時鐘，對集成RMS抖動要求能做到低。當(dāng)前的時鐘和石英晶振器件已經(jīng)開始跟不上數(shù)據(jù)量迅猛增長的腳步，參考時鐘的損傷（如相位噪聲）會導(dǎo)致調(diào)制信號失真，這在設(shè)計更高頻率和更寬帶寬時會出現(xiàn)不少問題。
在5G升級的推動下，BAW技術(shù)時鐘能有效減少誤碼和鏈路損傷，有助于在網(wǎng)絡(luò)同步器的輸出時鐘上實現(xiàn)超低抖動。
BAW振蕩器VS石英振蕩器
石英晶體振蕩器（XOs）已經(jīng)主導(dǎo)了時間參考市場很久很久，這些晶體振蕩器已經(jīng)覆蓋了從低端（實時時鐘）到高端（復(fù)雜無線電、GPS和軍用/航空）應(yīng)用。石英諧振器有兩種不同的方式集成，成為一個獨(dú)立的振蕩器裝置，每種方法都有各自的優(yōu)缺點。第一種方法是將晶體諧振器與振蕩電路相結(jié)合（SPXO），并簡單地添加輸出驅(qū)動器來支持不同的輸出類型，這種辦法很簡單，但能支持的頻率極其有限，頻率支持完全依賴于所使用的石英晶體。
BAW振蕩器模塊，TI
另一種晶體集成的方法，是基于PLL，其VCO工作頻率更高（通常為GHz）。在頻率的支持上這種方法更全面，但也需要更多的核心模塊，這意味著尺寸和能耗的上升。而且，PLL校準(zhǔn)和鎖定將導(dǎo)致啟動時間較慢，通常在10 ms或以上。
單IC的BAW振蕩器解決方案，包含BAW諧振器、分?jǐn)?shù)輸出分頻器（FOD）和輸出驅(qū)動器，它們一起產(chǎn)生一個預(yù)先編程的輸出頻率。這種BAW振蕩器在規(guī)格上接近于SPXO，但是它能夠輸出的頻率沒有SPXO那樣的限制，簡單來說就是用接近于SPXO的規(guī)格實現(xiàn)了基于PLL/VCO石英振蕩器的頻率。而且BAW振蕩器通常啟動時間極快，不會出現(xiàn)PLL校準(zhǔn)和鎖定導(dǎo)致啟動時間較慢這種問題。
BAW超低抖動時鐘，TI
對所有的時鐘產(chǎn)品，抖動是核心性能。BAW諧振器技術(shù)不需要高頻VCXO，只需現(xiàn)成的低成本標(biāo)準(zhǔn)低頻振蕩器，就可將高精度和超低抖動時鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。以TI的LMK6系列BAW振蕩器為例，小于60fs的集成RMS抖動遠(yuǎn)低于PAM-4串行器/解串器方案里交換機(jī)專用IC要求在12kHz至20MHz頻段內(nèi)的最大集成參考時鐘抖動為150fs的要求。同時在振動方面，BAW振蕩器由于振動而表現(xiàn)出最小的頻率偏差相比于晶體振蕩器有著數(shù)量級的改進(jìn)。
小結(jié)
現(xiàn)在越來越多的無線技術(shù)被設(shè)計進(jìn)入到電子產(chǎn)品中，而且要在PCB部分不使用太復(fù)雜的計算就可以設(shè)計好的無線模塊。而且在數(shù)據(jù)速率不斷攀升的趨勢下，石英晶振越來越難以達(dá)到靈活性、尺寸、成本以及抖動性能上的各種要求?；贐AW技術(shù)的時鐘，大大減少了設(shè)計難度，并解決了當(dāng)前石英晶振器件的局限性。
隨著5G進(jìn)一步普及，在工業(yè)自動化、電動汽車、醫(yī)療設(shè)備、樓宇自動化以及電網(wǎng)設(shè)施這些對于數(shù)據(jù)和穩(wěn)定性都有較高要求的應(yīng)用，基于BAW技術(shù)時鐘會大有可為。
