Als erste Bausteine, die mit der BAW-Technologie entwickelt wurden, kommen der Simple-Link CC2652RB-Wireless-Mikrocontroller (MCU) und der Network-Synchronizer-Clock LMK05318 auf den Markt. Beide sollen Systemdesignern beim Rationalisieren der Design-Logistik im Interesse einer kürzeren Markteinführungszeit helfen. Gleichzeitig ermöglichen sie eine stabile, vereinfachte und leistungsfähige Bereitstellung von Daten, was wiederum das Potenzial für geringere Entwicklungs- und Systemkosten birgt.

Im Vergleich zu LC-VCOs erreicht der LMK05318 mit BAW-Resonator ein um 25 dB verbessertes Phasenrauschen bei 1 kHz Offset.

Im Vergleich zu LC-VCOs erreicht der LMK05318 mit BAW-Resonator ein um 25 dB verbessertes Phasenrauschen bei 1 kHz Offset. Texas Instruments

Kommunikations- und Industrieautomations-Systeme mit diskreten Takt- und Quarzbausteinen können die Entwicklung teuer, zeitraubend und kompliziert machen und sind häufig anfällig gegen Umgebungseinflüsse. Die auf der BAW-Resonatortechnologie beruhenden neuen Bausteine sind dagegen mit integrierten Referenztakt-Resonatoren ausgestattet, um bei geringstem Platzbedarf höchste Frequenzen zur Verfügung zu stellen. Dieser höhere Integrationsgrad verbessert die Leistungsfähigkeit und steigert gleichzeitig die Beständigkeit gegen mechanische Belastungen wie etwa Vibrationen und Stöße. Als Resultat der von der BAW-Technologie ermöglichten stabilen Datenübertragung gewinnt die Datensynchronisation drahtloser und leitungsgebundener Signale an Präzision, was eine kontinuierliche Übertragung ermöglicht und dafür sorgt, dass Daten im Interesse maximaler Effizienz schnell und nahtlos verarbeitet werden können.

Elektronischer Herzschlag

Jedes elektronische System hat einen Herzschlag – ein Taktsignal – das jeder Komponente hilft, in perfekter Synchronisation zu arbeiten. Seit Jahrzehnten verwenden Designer Quarzkristalle, um dieses Taktsignal zu erzeugen. Die Kristalle schwingen und erzeugen einen präzisen Rhythmus. Aber wenn sich diese teuren Kristalle abnutzen, können sie zittern oder springen, was ihre Genauigkeit mit der Zeit beeinträchtigt. Die vorgestellten Bausteine enthalten BAW-Resonatoren, die nur 100 µm breit sind und mit Frequenzen arbeiten, die viel höher sind als die von Quarzkristallen. Zusätzlich verbessern sie die Systemleistung. Mit dem Aufkommen der 5G-Kommunikation und dem Zeitalter der großen Datenmengen ist eine hochpräzise Taktung unerlässlich, da immer größere Datenmengen zwischen Systemen auf der ganzen Welt fliegen. Laut Herstellerangaben versprechen die BAW-basierte Produkte eine radikale Leistungssteigerung der internen Uhr und eine Beschleunigung der Anwendungen von der Gebäudeautomatisierung bis zur virtuellen Gesundheit.

Bulk Acoustic Waves

Der direkte Design-Vergleich zeigt, dass sich durch den Wegfall des externen Oszillators beim CC2652RB eine Flächeneinsparung von etwa 12 Prozent erreichen lässt.

Der direkte Design-Vergleich zeigt, dass sich durch den Wegfall des externen Oszillators beim CC2652RB eine Flächeneinsparung von etwa 12 Prozent erreichen lässt. Texas Instruments

In der Vergangenheit wurde die BAW-Resonatortechnologie zur Filterung von Signalen in der Kommunikationstechnologie eingesetzt. Die Nutzung dieser Technologie zur Bereitstellung einer integrierten Taktfunktion ist damit eine Branchenneuheit. Die Wireless-MCUs benötigen keine externen Oszillatoren, denn der BAW-Resonator ist im Gehäuse integriert. Ein weiterer Vorteil der Technologie ist laut Ray Upton, Vice President of Connected Microcontrollers bei Texas Instruments, dass sich diese mit herkömmlicher Halbleitertechnologie herstellen lassen.

Der BAW-Resonator ist ein Sandwich-Aufbau mit einem piezoelektrischen Material. Er lässt sich mit herkömmlichen Halbleiterprozessen herstellen.

Der BAW-Resonator ist ein Sandwich-Aufbau mit einem piezoelektrischen Material. Er lässt sich mit herkömmlichen Halbleiterprozessen herstellen. Texas Instruments

Der BAW-Oszillator ist eine elektronische Oszillatorschaltung, die die mechanische Resonanz eines schwingenden mikroakustischen Resonators nutzt, um ein stabiles Signal durch den piezoelektrischen Effekt zu erzeugen. Dieses präzise Signal bei sehr hoher Frequenz (2,5 GHz) liefert die Takt- und Zeitreferenz für elektronische Systeme. Technologisch ist der Resonator ein Sandwich-Aufbau mit einem piezoelektrischen Material. Wird eine Frequenz eingekoppelt, beginnt die Struktur zu vibrieren. Der BAW-Resonator ist so ausgelegt, dass er die maximale akustische Energie speichert und damit einen hohen Gütefaktor erreicht.

Technische Details

Der CC2652RB ist ein quarzloser Mikrocontroller mit BAW-Resonator in einem QFN-Gehäuse (7 mm × 7 mm). Damit entfällt der sonst übliche 48-MHz-Quarz. Der Chip unterstützt Zigbee, Thread, BLE und bietet proprietäre 2,4-GHz-Konnektivitätslösungen. Ausgelegt ist die MCU für einen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Als Starthilfe für Designer bietet TI das Launchpad-Development-Kit an. LMK05318 trägt für 400-Gbit/s-Verbindungen zu einer schnelleren Datenübertragung bei und ermöglicht außerdem ein erhöhtes Systemjitter-Budget. Mit seinem geringen Jitter der sehr guten Hitless-Switching-Performance erzielt der Baustein niedrige Bitfehlerraten für 56-Gbit/s- und kommende 112-Gbit/s-PAM-4-Links. Wegen des Wegfalls der In-System-Programmierung, der einfacheren Stromversorgungs-Anforderungen und des reduzierten Aufwands an zusätzlichen Bauelementen vereinfacht der LMK05318 das Leiterplattendesign. Untergebracht ist das Bauelement in einem VQFN-48-Gehäuse.

 

Der Beitrag beruht auf Unterlagen von Texas Instruments.