基于BAW技術的時鐘解決海量數據下的精準時鐘需求

電子發燒友網報道（文/李寧遠）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，保證相關電子組件能夠同步運作。傳統的時鐘使用外部石英晶體，通過晶體振蕩保證精確的節奏。

BAW體聲波技術，一種微諧振器技術，這項技術很早就在濾波器中得以應用，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展中，微諧振器技術開始集成時鐘功能提升時鐘性能。使用該技術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技術比外部石英晶體體積更小，能通過網絡提供更清晰的有線和無線信號，可以為從無線消費電子產品到高端工業系統等一系列領域提供更高質量的通信和更高的效率。

5G與BAW

從BAW應用最廣泛的濾波器角度來說，BAW諧振器的關鍵屬性是具備存儲結構內的最大聲能，用以獲得高電氣Q因子值，BAW 技術比SAW技術在更高頻段、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技術的表現是更好的。在龐大數據量的應用里需要精準的時鐘，BAW技術也是最合適的。

在5G已經到來，且逐步擴大其應用范圍的今天，更高帶寬和更快數據速率的巨大需求需要通過不斷的網絡升級實現。傳輸速率越來越快，對時鐘的要求也越來越嚴格。假設在速率400Gbps時，400Gbps收發器使用四電平脈沖幅度調制（PAM-4）方案來傳輸數據，這與傳統的非歸零調制方案相比，可在相同帶寬下實現更高的數據速率。

而行業標準802.3bs對PAM-4發射器有非常嚴格的發射抖動要求，僅將整個發射機抖動的一小部分分配給網絡同步器生成的參考時鐘，對集成RMS抖動要求能做到低。當前的時鐘和石英晶振器件已經開始跟不上數據量迅猛增長的腳步，參考時鐘的損傷（如相位噪聲）會導致調制信號失真，這在設計更高頻率和更寬帶寬時會出現不少問題。

在5G升級的推動下，BAW技術時鐘能有效減少誤碼和鏈路損傷，有助于在網絡同步器的輸出時鐘上實現超低抖動。

BAW振蕩器VS石英振蕩器

石英晶體振蕩器（XOs）已經主導了時間參考市場很久很久，這些晶體振蕩器已經覆蓋了從低端（實時時鐘）到高端（復雜無線電、GPS和軍用/航空）應用。石英諧振器有兩種不同的方式集成，成為一個獨立的振蕩器裝置，每種方法都有各自的優缺點。第一種方法是將晶體諧振器與振蕩電路相結合（SPXO），并簡單地添加輸出驅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。

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校準和鎖定將導致啟動時間較慢，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、分數輸出分頻器（FOD）和輸出驅動器，它們一起產生一個預先編程的輸出頻率。這種BAW振蕩器在規格上接近于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的規格實現了基于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PLL校準和鎖定導致啟動時間較慢這種問題。

對所有的時鐘產品，抖動是核心性能。BAW諧振器技術不需要高頻VCXO，只需現成的低成本標準低頻振蕩器，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抖動遠低于PAM-4 串行器/解串器方案里交換機專用 IC 要求在12kHz至20MHz頻段內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出最小的頻率偏差相比于晶體振蕩器有著數量級的改進。

小結

現在越來越多的無線技術被設計進入到電子產品中，而且要在PCB部分不使用太復雜的計算就可以設計好的無線模塊。而且在數據速率不斷攀升的趨勢下，石英晶振越來越難以達到靈活性、尺寸、成本以及抖動性能上的各種要求?；贐AW技術的時鐘，大大減少了設計難度，并解決了當前石英晶振器件的局限性。

隨著5G進一步普及，在工業自動化、電動汽車、醫療設備、樓宇自動化以及電網設施這些對于數據和穩定性都有較高要求的應用，基于BAW技術時鐘會大有可為。