BAW技術(shù)改變MCU系統(tǒng)設(shè)計方式

MCU又稱單片微型計算機(jī)，它在監(jiān)測與連接生活方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。MCU從醫(yī)用血糖、血壓和血氧飽和度監(jiān)測儀，到建筑自動化中使用的溫度和煙霧探測器，再到建筑安全中使用的電子鎖，與人們的生活息息相關(guān)。

因此，移動和分析大量數(shù)據(jù)仍然是商業(yè)和商務(wù)領(lǐng)域中一項重要的創(chuàng)新能力。無線MCU和無線網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)遷移至關(guān)重要。而通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備傳遞最后一英里數(shù)據(jù)的能力是整個數(shù)據(jù)傳遞過程中的重要一環(huán)。

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建塊包括采用石英晶體的傳感器。然而，用于實(shí)現(xiàn)無線連接的離散時鐘和石英晶體設(shè)備開發(fā)成本高、耗時長、難度高，并且在工廠自動化或汽車應(yīng)用中經(jīng)常會受到環(huán)境壓力的影響。

一種名為體聲波(BAW)的新技術(shù)能在提高整體性能和降低成本的同時，讓MCU變得更簡便、更小巧。通過改變我們當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)計方式，BAW可以讓下一代工業(yè)和電信應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

如圖1(下圖)所示，BAW由夾在兩個電極之間的壓電材料組成，它能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械聲能，也能將機(jī)械聲能轉(zhuǎn)換為電能。壓電材料的機(jī)械共振可為系統(tǒng)生成時鐘。

圖1：一種BAW壓電材料。(圖片來源：德州儀器)

德州儀器的SimpleLink CC2652RB MCU在無線MCU封裝中集成了BAW技術(shù)，從而消除了對外部石英晶體的需求，這種晶體不僅體積大，而且設(shè)計成本高、耗時長。無晶體解決方案節(jié)省的空間在許多新興應(yīng)用中至關(guān)重要，例如醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

與外部晶體MCU解決方案相比，SimpleLink C2652RB還能有效抵御各種加速力和機(jī)械沖擊的干擾。

BAW技術(shù)如何抵御機(jī)械沖擊和振動

測量振動和沖擊的兩大重要參數(shù)是作用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的加速力和振動頻率。振動源無處不在：在移動的車輛、設(shè)備中的冷卻風(fēng)扇，甚至是手持無線設(shè)備中都能找到它的身影。重要的是，時鐘解決方案提供的時鐘非常穩(wěn)定，可以有效抵御加速力、振動和沖擊的干擾，這樣一來，即便工藝和溫度不斷變化，也能在整個產(chǎn)品生命周期保持穩(wěn)定。

振動和機(jī)械沖擊通過引發(fā)噪聲和頻率漂移影響諧振器，從而逐漸降低系統(tǒng)的性能。在參考振蕩器中，振動和沖擊是導(dǎo)致相位噪聲和抖動升高、頻率偏移和出現(xiàn)峰值，甚至對諧振器及其封裝造成物理損壞的兩大常見原因。通常，外部干擾會通過封裝耦合到微諧振器中，這會降低時鐘的整體性能。

對所有無線設(shè)備而言，一大關(guān)鍵性能指標(biāo)是保持發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的鏈路并防止數(shù)據(jù)丟失。BAW技術(shù)無需使用晶體，因此為在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供了顯著的性能優(yōu)勢;此外，BAW技術(shù)還能穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，提高有線和無線信號之間數(shù)據(jù)同步的精確度，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳輸，從而大幅提高處理數(shù)據(jù)的效率。

BAW技術(shù)被評為高級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由于許多MCU會在易受沖擊和振動的環(huán)境(如工廠和汽車)中工作，因此德州儀器已根據(jù)相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)對CC2652RB進(jìn)行了全方位測試。軍用標(biāo)準(zhǔn)(MIL)-STD-883H 2002試驗(yàn)方法旨在測試石英晶體振蕩器的耐用性。本標(biāo)準(zhǔn)會將半導(dǎo)體器件置于在野蠻裝卸、運(yùn)輸或現(xiàn)場操作時由突然力或運(yùn)動突然變化而引發(fā)的中等或嚴(yán)重的機(jī)械沖擊(加速度峰值為1500 g)下。此類沖擊可能會干擾運(yùn)行特性，或造成類似于過度振動導(dǎo)致的損壞，特別是在沖擊脈沖反復(fù)出現(xiàn)的情況下。

圖2所示為MIL-STD-883H的機(jī)械沖擊試驗(yàn)裝置，圖3顯示了CC2652RB與外部晶體解決方案相比的頻率變化。從圖中可以看出，最大頻率偏差約為2 ppm，而外部晶體解決方案在2440 GHz時的偏差約為7 ppm。

圖2：機(jī)械沖擊試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)裝置框圖。(圖片來源：德州儀器)

圖3：對比BAW和晶體器件上的機(jī)械沖擊引起的最大無線電(2440 GHz)頻率偏差(百萬分之一)。(圖片來源：德州儀器)

在大數(shù)據(jù)傳輸時代，BAM技術(shù)減少部分關(guān)鍵設(shè)備所需的空間，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。未來，BAW技術(shù)必將實(shí)現(xiàn)新突破，推動高新科技的發(fā)展。