TI突破性的BAW諧振器技術(shù),為建設(shè)高性能通信設(shè)施基礎(chǔ)架構(gòu)和無線互聯(lián)互通平臺掃清了障礙
時間:2019年2月28日上午
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201903/398834.htm發(fā)言人:吳健鴻,德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部中國業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)
問答部分:
問1:請問MCU體積和設(shè)計上會有優(yōu)化空間嗎?TI未來在這方面會有哪些創(chuàng)新?
吳健鴻:剛才有提到,設(shè)計中,最重要的是省掉晶振體積,這是12%的減少。一般2.4G的設(shè)計里,占的最大空間是MCU本身的體積,我們已經(jīng)把MCU和無線部分整合到一顆芯片里,此外,把外圍的晶振也放在里面,中間省掉了除了石英晶振以外外圍的兩三個器件,這樣可能就是最好的設(shè)計。其他占用PCB部分就是天線部分,天線本身和IC設(shè)計關(guān)系不大。我需要強調(diào)兩個方面,一方面我們把體積縮小了,另一方面產(chǎn)品穩(wěn)定性提升。
問2:BAW技術(shù)應(yīng)該不是一個新的技術(shù),早就有了,但通常是用在做濾波器,TI怎么想到把它拿來做諧振器,濾波器和諧振器在原理上利用了BAW什么特性?是怎樣做的?
吳健鴻:這是很好的問題,業(yè)界半導(dǎo)體公司確實是有用到BAW技術(shù),但都是以做濾波器為主。現(xiàn)在把BAW用在時鐘上TI可能還是第一家。為什么他們會用BAW做濾波器呢?最主要的原因,還是因為他們需要訊號高頻的時候有更穩(wěn)定的濾波,BAW技術(shù)在高頻段性能表現(xiàn)是最好的。
為什么TI拿了這個技術(shù)不去做濾波器,而是做時鐘呢?因為我們是想用這個技術(shù)解決一些客戶真正的問題。現(xiàn)實的問題是什么呢?在5G系統(tǒng)里,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就會達到18Gbps,這樣大的數(shù)據(jù)量,這么大數(shù)據(jù)量的傳輸時間,需要很精準(zhǔn)的時鐘給到系統(tǒng),BAW技術(shù)本身是最適合的。正因為這個原因,TI拿了這個技術(shù)做了很多設(shè)計,而且我們的設(shè)計是用硅Silicon的方法去做的,和其他的產(chǎn)品合并在一起,做法很簡單很容易。
問3:請問MCU集成BAW技術(shù)是不是代表未來的一種發(fā)展趨勢?集成這個技術(shù)有什么難度?工藝、材料方面需要克服哪些問題?
吳健鴻:BAW技術(shù)的設(shè)計原理是在兩層不同的Silicon中間壓電材料,從中把中間震動的能量存在這里面,導(dǎo)致很穩(wěn)定的時鐘信號從這邊出來。TI花了很多年去調(diào)研這個技術(shù),把它做到最好,同時花了很多時間解決生產(chǎn)問題,現(xiàn)在我們終于可以很成功地把這樣的技術(shù)量產(chǎn)。剛才你問到難度是什么?最主要的是把這樣的技術(shù)真正做到量產(chǎn)、生產(chǎn),這是最難的地方。當(dāng)我們有了這個突破以后,和很多無線MCU整合就是很簡單的事情。
我們今天講到的其實是兩個產(chǎn)品,也不會講太多未來我們的產(chǎn)品怎么樣去設(shè)計,很肯定,未來我們很多產(chǎn)品里都會考慮使用這個技術(shù),只要真正可以解決客戶的問題,我們就會考慮把BAW直接放在我們的IC里。
問4:如果可以集成的話,以后單獨的時鐘或石英晶振市場會不會進一步萎縮或者以后會被替代掉?
吳健鴻:這要取決于業(yè)界到底有多少(客戶)有多少用TI的產(chǎn)品,如果全都用TI的產(chǎn)品,其他做時鐘的就會比較困難一點。市場上還有很多產(chǎn)品不是用TI技術(shù)設(shè)計的,從這個角度來講,還是需要有外置的時鐘進入這個市場。
問5:我請教兩個問題,在應(yīng)用方面BAW諧振器有哪些局限性嗎?您剛剛談到,用了BAW以后,產(chǎn)品的性能有提升,我的提問是,這個性能的提升是源于BAW技術(shù)與材料本身,還是因為把石英晶振集成到了芯片內(nèi)這一舉措?
吳健鴻:到底怎么體現(xiàn)卓越性能。簡單來說,整個BAW是個時鐘元,如果這個時鐘元不放入IC里,那么從原來時鐘元到IC中間的PCB可能會多少有一些干擾的影響,比如電源的干擾或外圍進來的一些訊號干擾,都會從PCB或IC管腳里進去系統(tǒng)?,F(xiàn)在正因為我把BAW整合到IC里,基本就可以把PCB的部分去掉,從而獲得更高性能的時鐘。最主要是這個原因。
問6:采用了BAW技術(shù)之后,這個振蕩器算是MEMS時鐘還是算普通時鐘?
吳健鴻:這是很好的問題,因為BAW本身某種程度上算是一個MEMS,你可以說這是一個MEMS的時鐘,可是一般我們也不會這樣說,會直接說這是個BAW的技術(shù)。
問7:跟SiTime那樣專門做MEMS的時鐘還是不太一樣?還有壓力偏壓那些?
吳健鴻:MEMS諧振器需要原始和真空環(huán)境才能正常工作。 TI的BAW諧振器技術(shù)不需要真空操作,它可以在大氣壓下運行,因此氦泄漏不是我們技術(shù)的關(guān)注點。
(補充信息:TI BAW技術(shù)原理:
· TI BAW諧振器技術(shù)中心層是壓電材料。
· 當(dāng)為該器件施加頻率,會導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)震動,此時,層結(jié)構(gòu)將捕獲產(chǎn)生的能量。
· 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。)
問8:這個時鐘架構(gòu)和以前沒有太大變化,前端用BAW技術(shù)會有一些變化?
吳健鴻:可以這樣說。
問9:我有兩個問題,我們也知道CC2652RB和LMK05318兩塊芯片在2018年就已經(jīng)發(fā)布了,此次講BAW技術(shù),把這兩個產(chǎn)品單獨拿出來講,這兩個產(chǎn)品是BAW技術(shù)的典型應(yīng)用嗎?一款是針對無線,二是網(wǎng)絡(luò)同步器應(yīng)用,這是兩大塊典型應(yīng)用?我們把BAW技術(shù)整合到整個IC里,整個IC的成本與傳統(tǒng)IC相比會不會有很大的提升?
吳健鴻:你的說法很準(zhǔn)確,本身CC2652RB和LMK05318本身有不帶BAW的版本。為什么我們有了沒有BAW的產(chǎn)品以后,再做個有BAW的產(chǎn)品呢?最重要的是,因為我們看到了客戶設(shè)計產(chǎn)品時是有一些問題想解決的,正因為有了這些問題他們想解決,我們的BAW技術(shù)加上傳統(tǒng)產(chǎn)品以后,是可以幫到他們的。
現(xiàn)在很多客戶都是將藍牙或Zigbee?等無線技術(shù)加載在他的產(chǎn)品里,他們想要的就是相對簡單的設(shè)計,而且是在PCB部分不需要有這樣高的計算含量就可以設(shè)計好的無線產(chǎn)品。這樣的情況下,我們整合了BAW技術(shù)的CC2652RB產(chǎn)品就可以幫到他們把設(shè)計部分做得更簡單。
LMK05318為什么我們要特別做個BAW版本呢?因為一些做網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的人在用不同的時鐘,哪怕是TI,去設(shè)計針對18Gbps的解決方案是也發(fā)現(xiàn)有一些性能指標(biāo)很難達到。比如切換的時間,時鐘信號有多干凈,這些問題對他們來說是非常難的問題。正因為他們有了這樣難的問題,當(dāng)我們整合了這個BAW在里面,就會幫他們簡化了整個設(shè)計。
關(guān)于第二個問題,關(guān)于成本的部分,是有兩方面,一是設(shè)計成本,二是生產(chǎn)成本。設(shè)計成本來說,剛才我已經(jīng)講了很多原因,應(yīng)用了BAW以后,設(shè)計本身簡單了很多,容易了很多,從這個角度來講,設(shè)計成本可以幫助客戶省掉很多。至于產(chǎn)品成本方面,我可以告訴大家,每件新產(chǎn)品都需要具備它本身的競爭力以及相對性價比,要不然客戶也不會選購。
(補充信息:采用BAW技術(shù)的新型芯片,有助簡化設(shè)計邏輯,縮短產(chǎn)品上市時間,并在支持穩(wěn)定、簡化和高性能的數(shù)據(jù)交付的同時,具有削減總成本的潛力:
· SimpleLink? CC2652RB是市場中首款無晶體無線MCU,能夠提供簡化的連接設(shè)計選項,因為它縮減了工廠/樓宇自動化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的總體占用空間。
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、最低抖動和最佳無中斷切換性能 - 精簡了電信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的設(shè)計。
· 減少BOM的項目
· 改善網(wǎng)絡(luò)性能
· 提高下一代工業(yè)和電信應(yīng)用的抗震動與抗沖擊能力)
問10:您剛才說兩款高性能器件是集成到內(nèi)部芯片里,那么集成石英晶振不是一樣嗎?它也可以做到很高頻。
吳健鴻:剛才我說用到的方法還是以硅為主,正因為這個原因,我們生產(chǎn)技術(shù)角度來講,不需要額外增加一些材料在里面,雖然需要有壓電材料加在里面這已經(jīng)是半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)需要加的材料,生產(chǎn)工藝相對比較簡單,這個角度,我們放BAW在里面比放石英時鐘在里面,生產(chǎn)上會容易很多。而且可以這樣說,BAW在高頻部分的性能永遠(yuǎn)都會比一般的時鐘來得干凈,來得好。
問11:您說它比石英性能好主要體現(xiàn)在哪些方面?剛才說屏蔽方面,抗震、溫度變化穩(wěn)定性上是不是也有優(yōu)勢呢?
吳健鴻:確實,你講的那幾點確實都是BAW的好處。工作溫度范圍部分是相對比較穩(wěn)定的,當(dāng)溫度增加的情況下,對BAW本身出來的時鐘穩(wěn)定性不會有太大的影響,這是BAW時鐘其中的一個好處;干擾的部分已經(jīng)結(jié)合到IC里,所以抗干擾部分也會稍微好一些。
問12:LMK05318最后是用在時鐘板卡里吧?
吳健鴻:它不是用在時鐘板卡里,本身會用在一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備里,會有很多不同的IC需要時鐘元的,舉例有很多ASIC+FPGA、處理器和射頻,都需要穩(wěn)定的時鐘元,在這么大一個板子上需要專門產(chǎn)生時鐘元,給很多不同的IC。這樣的情況下,就會用到網(wǎng)絡(luò)時鐘同步器這樣的產(chǎn)品。
問13:您一直強調(diào)BAW技術(shù)用的是高頻,我想請問高頻高到什么程度?現(xiàn)在的石英技術(shù)碰到干擾問題是怎么解決的?
吳健鴻:BAW本身可以支持達到2.5GHz的頻率,。
現(xiàn)在沒有BAW技術(shù),他們是怎么做的?一般我們會用這樣的產(chǎn)品,外面會加很多時鐘去抖動芯片,去改變時鐘,讓它弄得更干凈,大概是用這樣的方法去做,加上PCB設(shè)計會很小心地設(shè)計,從而盡可能減少干擾,控制在可控的范圍內(nèi)。正因為有了這個BAW以后,外面就可以省掉那些剛才我說到的IC。
問14:BAW諧振器,您預(yù)估什么時間可以量產(chǎn),這個產(chǎn)品最先可以用在什么樣的市場?
吳健鴻:LMK05318這個產(chǎn)品已經(jīng)在量產(chǎn),是可以買到的,CC2652RB版本現(xiàn)在還沒有到量產(chǎn)階段,現(xiàn)在是把這個技術(shù)發(fā)布,會在今年后半年時間開始給到樣品給客戶,網(wǎng)上已經(jīng)可以看到,但是preview。CC2652RB所有的數(shù)據(jù)手冊都已經(jīng)有,但樣品現(xiàn)在還沒有,要到下半年才會一步步出來。
問15:TI對這兩款產(chǎn)品,將BAW應(yīng)用在諧振器,更多是用在創(chuàng)意上還是技術(shù)實現(xiàn)難度上,我們開創(chuàng)了這個先河以后,會不會有很多家馬上涌入過來,如何保持TI的領(lǐng)先性?
吳健鴻:說實話,很難說,我不知道,因為我們真的解決了生產(chǎn)的問題,所以,我們可以把BAW的技術(shù)用到IC里做整合。至于其他競爭對手是不是能這么快把這個問題解決掉,我不知道,我不好說,所以很難去講。既然我們有了這個技術(shù),一定會不斷地發(fā)展,確保我們盡可能在這個領(lǐng)域里領(lǐng)先,TI可以做的事情就這么多,至于競爭對手做什么,我很難估計。
問16: 如果這個時鐘元在外面的話可以為不同的電路提供信號,現(xiàn)在我們把這個時鐘元集中在IC里了,這個信號只能在IC里用,沒有辦法往外輸出的對嗎?如果這個板上有其他地方需要時鐘,我是不是還需要再配備一個時鐘元提供給他,這樣會不會有成本上的浪費呢?
吳健鴻:關(guān)于第二個問題,是非常好的問題,我們會這樣考慮這個問題,為什么我們挑了這兩個產(chǎn)品,最先整合BAW的原因呢?之前我也回答了其中一個原因,使用配備BAW諧振器技術(shù)的SimpleLink MCU可以幫助客戶解決具體的時鐘設(shè)計問題。
另一個原因是,一般這些無線MCU的設(shè)計或有帶無線MCU的PCB里,其實外部元件已經(jīng)很少,但往往還需要一個外部時鐘。在這樣的情況下,我們在CC2652RB上進行此設(shè)計以節(jié)省這個外部時鐘。為什么我們會在LMK05318去做(這個技術(shù))呢?是因為這顆產(chǎn)品能夠利用BAW技術(shù)實現(xiàn)時鐘同步,意味著我有一個時鐘元,這顆IC通過APLL技術(shù)給出很多不同的時鐘給外圍的IC去用。在這樣的情況下,BAW從LMK05318發(fā)送時鐘。
是不是TI每顆IC都會放BAW在里面,取決于到底我們放BAW在里面是解決問題了還把這個問題弄得更復(fù)雜,如果是更復(fù)雜就沒有必要去整合了。同樣,客戶也會選擇性地去挑IC。
問17:目前只有這兩個產(chǎn)品采用了TI BAW諧振器技術(shù)嗎?
吳健鴻:目前為止,我們今天只發(fā)布這兩個,后面我們會好好地利用BAW技術(shù)。這個BAW技術(shù)可以用在所有產(chǎn)品里,還是要考慮我們整合的這個BAW是不是能真正解決一些問題,所以,后面我們會retail不同的產(chǎn)品去整合。
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