電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）時(shí)鐘信號(hào)，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(shí)鐘使用外部石英晶體，通過(guò)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(xiàng)技術(shù)很早就在濾波器中得以應(yīng)用，用于過(guò)濾通信信號(hào)。在無(wú)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(kāi)始集成時(shí)鐘功能提升時(shí)鐘性能。使用該技術(shù)可以將高精度和超低抖動(dòng)時(shí)鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。BAW技術(shù)比外部石英晶體體積更小，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供更清晰的有線和無(wú)線信號(hào)，可以為從無(wú)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(lái)說(shuō)，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，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(diǎn)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(shí)鐘，BAW技術(shù)也是最合適的。

在5G已經(jīng)到來(lái)，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(guò)不斷的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)實(shí)現(xiàn)。傳輸速率越來(lái)越快，對(duì)時(shí)鐘的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。假設(shè)在速率400Gbps時(shí)，400Gbps收發(fā)器使用四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM-4）方案來(lái)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(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。

而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)802.3bs對(duì)PAM-4發(fā)射器有非常嚴(yán)格的發(fā)射抖動(dòng)要求，僅將整個(gè)發(fā)射機(jī)抖動(dòng)的一小部分分配給網(wǎng)絡(luò)同步器生成的參考時(shí)鐘，對(duì)集成RMS抖動(dòng)要求能做到低。當(dāng)前的時(shí)鐘和石英晶振器件已經(jīng)開(kāi)始跟不上數(shù)據(jù)量迅猛增長(zhǎng)的腳步，參考時(shí)鐘的損傷（如相位噪聲）會(huì)導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)失真，這在設(shè)計(jì)更高頻率和更寬帶寬時(shí)會(huì)出現(xiàn)不少問(wèn)題。

在5G升級(jí)的推動(dòng)下，BAW技術(shù)時(shí)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(shí)鐘上實(shí)現(xiàn)超低抖動(dòng)。

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(shí)間參考市場(chǎng)很久很久，這些晶體振蕩器已經(jīng)覆蓋了從低端（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）到高端（復(fù)雜無(wú)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(gè)獨(dú)立的振蕩器裝置，每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。第一種方法是將晶體諧振器與振蕩電路相結(jié)合（SPXO），并簡(jiǎn)單地添加輸出驅(qū)動(dòng)器來(lái)支持不同的輸出類(lèi)型，這種辦法很簡(jiǎn)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。

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(dòng)時(shí)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(dòng)器，它們一起產(chǎn)生一個(gè)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(méi)有SPXO那樣的限制，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用接近于SPXO的規(guī)格實(shí)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(dòng)時(shí)間極快，不會(huì)出現(xiàn)PLL校準(zhǔn)和鎖定導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間較慢這種問(wèn)題。

對(duì)所有的時(shí)鐘產(chǎn)品，抖動(dòng)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(dòng)時(shí)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(dòng)遠(yuǎn)低于PAM-4 串行器/解串器方案里交換機(jī)專(zhuān)用 IC 要求在12kHz至20MHz頻段內(nèi)的最大集成參考時(shí)鐘抖動(dòng)為150fs的要求。同時(shí)在振動(dòng)方面，BAW振蕩器由于振動(dòng)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(jí)的改進(jìn)。

小結(jié)

現(xiàn)在越來(lái)越多的無(wú)線技術(shù)被設(shè)計(jì)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(jì)算就可以設(shè)計(jì)好的無(wú)線模塊。而且在數(shù)據(jù)速率不斷攀升的趨勢(shì)下，石英晶振越來(lái)越難以達(dá)到靈活性、尺寸、成本以及抖動(dòng)性能上的各種要求。基于BAW技術(shù)的時(shí)鐘，大大減少了設(shè)計(jì)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(dòng)化、電動(dòng)汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、樓宇自動(dòng)化以及電網(wǎng)設(shè)施這些對(duì)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(shí)鐘會(huì)大有可為。