ZHCAF83 April   2025 CDC6C-Q1

 

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BAW 谐振器技术

BAW 谐振器技术是一种微谐振器技术,能够将高精度和超低抖动时钟直接集成到包含其他电路的封装中。在 CDC6C-Q1 BAW 振荡器中,BAW 与以下各项集成:并置的精密温度传感器、超低抖动、低功耗整数输出分频器 (IOD)、单端 LVCMOS 输出驱动器,以及由多个低噪声 LDO 组成的小型电源复位时钟管理系统。LMK3H0102-Q1LMK3C0105-Q1 时钟发生器还集成了 BAW,无需外部晶体,同时通过单个器件支持 PCIe 和基准时钟的多种需求。

图 1 展示了 BAW 谐振器技术的结构。该结构包括一层夹在金属膜和其他层之间的压电式薄膜,用于限制机械能。BAW 利用这种压电式传导技术产生振动。


 体声波 (BAW) 谐振器的基本结构

图 1 体声波 (BAW) 谐振器的基本结构

ADAS 域控制器中的 BAW 技术

现代车辆不断发展,力求以更小的延迟传输更多的数据。通过服务器、存储和输入/输出外设,有助于实现由支持 PCIe 5.0 规范和更严格 6.0 规范的高性能处理器和 SoC 的高速数据传输。为了增强高级自动驾驶并嵌入人工智能,ADAS SoC 的复杂性不断增加,因此汽车行业的数据传输很可能会接近数据中心级别。通过将 PCIe 标准纳入区域架构,软件定义车辆正在逐步占领市场,其持续更新功能为驾驶者提供性能维护并提升保障。

SoC 制造商和原始设备制造商(OEM) 都在开发处理器,以达到 PCIe 5.0 和 6.0 规范的速度标准。LMK3H0102-Q1 支持 PCIe 6.0 规范所要求的 100fs,通用时钟抖动为 34.5fs。通常,高性能计算 (HPC) 平台由复杂的时钟树组成,并将 ADAS 和 IVI 系统融合在一起。TI 是第一家提供振荡器、时钟发生器和时钟缓冲器支持的制造商,使 OEM 能够优化尺寸和成本设计。

TI 的功能安全型 BAW 时钟面向融合了 ADAS 和 IVI 域的嵌入式处理 HPC系统,其中来自摄像头、雷达和激光雷达系统的传感器输入数据可帮助保护驾驶员和乘客。图 2 展示了在整个系统中具有最小单个时钟源的 HPC 拓扑。LMK3H0102-Q1 是 LMK3C0105-Q1的高性能版本,与仅支持 LVCMOS 输出的 LMK3C0105-Q1相比,该器件支持 LP-HCSL、LVDS 和 LVCMOS 输出。


 高性能计算拓扑

图 2 高性能计算拓扑

BAW 的优势

TI 的 BAW 振荡器具有许多优势,包括:

  • 频率灵活性:许多石英振荡器 (XO) 通过机械参数控制,一旦截止,就无法修改这些参数。BAW 振荡器能够通过 OTP 编程使用单个 IC 支持宽范围频率,从而减轻电源限制。
  • 温度稳定性:未经补偿的 XO 温度响应类似于具有较大 ppm 变化的抛物线曲线。BAW 在任何温度范围下均可保持 ±10ppm 的温度稳定性 (图 3)。
  • 振动灵敏度:XO 通常无法通过 MIL-STD,且可能高达 +10ppb/g。BAW 振荡器以 1ppb/g 的典型性能通过 MIL_STD_883F 方法 2002 条件 A (图 4)。
  • 机械冲击:基于石英的时钟通无法常通过 MIL-STD,并且可能会在 2,000g 时发生故障。BAW 振荡器通过了 MIL_STD_883F 方法 2007 条件 B,变化小于 0.5ppm(高达 1,500g)。
  • EMI 性能:基于石英的时钟通常没有制造商提供的 CISPR-25 数据。CDC6C-Q1 具有多个高达 4ns 的压摆率控制选项。使用慢速模式 2 选项,CDC6C-Q1 通过了 CISPR25 5 类标准测试。LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 整合了展频时钟,可提高系统和器件级别的 EMI 性能。这两款器件都在各种布线长度上符合 CISPR25 5 类标准(参见报告:LMK3C0105 EMI 报告CDC6C CISPR-25 EMI 报告
  • PCB 面积:TI 的 BAW 振荡器系列支持 1.8V 至 3.3V 电源电压,采用标准 4 引脚 DLE (3.2mm × 2.5mm)、DLF (2.5mm × 2mm)、DLX (2mm x 1.6mm) 和 DLY (1.6mm x 1.2mm) 可润湿侧翼封装,可节省紧凑型电路板设计的空间。图 5 展示了 BAW 振荡器布局,并与多种封装尺寸的典型晶体布局进行了比较。晶体最多需要四个外部元件来调整谐振频率并保持主动振荡。有源振荡器(如 CDC6C 或 LMK6C)只需一个电容器即可进行电源滤波,从而简化了 BOM 并显著减少了所需的布局面积。此外,PCB 布线的寄生电容不会影响有源振荡器的频率精度,因此与晶体相比,有源振荡器距离接收器要远得多。LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 均采用具有可润湿侧翼的 3x3 封装。由于这两个器件都可用于代替五个单通道时钟,因此 TI 根据 图 5 将 PCB 空间的尺寸缩小了 55%。

 温度稳定性- BAW 振荡器对比石英振荡器

图 3 温度稳定性- BAW 振荡器对比石英振荡器

 振动灵敏度- BAW 振荡器对比石英振荡器

图 4 振动灵敏度- BAW 振荡器对比石英振荡器

 五晶振、五个 CDC6C-Q1 和 LMK3C0105-Q1 封装比较

图 5 五晶振、五个 CDC6C-Q1 和 LMK3C0105-Q1 封装比较