ZHCACN9 may 2023 LMK6C
BAW 諧振器技術(shù)
體聲波 (BAW) 是一種微諧振器技術(shù)，能夠?qū)⒏呔群统投秳訒r鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。在 BAW 振蕩器中，BAW 與以下各項集成：并置的精密溫度傳感器；超低抖動、低功耗分數(shù)輸出分頻器 (FOD)；單端 LVCMOS 和差分 LVPECL、LVDS 和 HCSL 輸出驅(qū)動器，以及由多個低噪聲低壓降 (LDO) 穩(wěn)壓器組成的小型電源復(fù)位時鐘管理系統(tǒng)。
圖 1 展示了 BAW 諧振器技術(shù)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括一層夾在金屬膜和其他層之間的壓電式薄膜，用于限制機械能。BAW 利用這種壓電式傳導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生振動。
網(wǎng)絡(luò)接口卡中的 BAW 振蕩器
一些 SmartNIC 同時實現(xiàn)了通用時鐘和獨立參考 PCIe 時鐘架構(gòu)。該卡通過 PCIe 連接器從主板接收時鐘。此外，如果連接器的通用時鐘不可用，則該卡需要 PCIe 時鐘源。由于 ASIC 和 FPGA 通常需要多個 PCIe 時鐘，因此可能需要 PCIe 緩沖器。LMK6H BAW 振蕩器可用于網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC) 應(yīng)用，為 PCIe 緩沖器和 MUX 以及以太網(wǎng)緩沖器計時，如圖 2 所示。
每個 NIC 或 SmartNIC 都需要一個以太網(wǎng)振蕩器，這可能需要精確的抖動性能。TI 當(dāng)前的設(shè)計 LMK6H、LMK6P 和 LMK6D 在 156.25MHz (12k-20M) 時提供 125fs 的最大抖動。該以太網(wǎng)振蕩器用作以太網(wǎng)緩沖器的時鐘源。PCIe 中使用的 LP-HCSL 緩沖器滿足以太網(wǎng)時鐘扇出的要求，即 CDCDB 系列。
圖 1 體聲波 (BAW) 諧振器的基本結(jié)構(gòu)
圖 2 典型的 SmartNIC 時鐘樹BAW 振蕩器的優(yōu)勢
與微機電系統(tǒng) (MEMS) 和石英振蕩器相比，BAW 振蕩器的主要優(yōu)勢之一是出色的抖動性能。圖 4 展示了 TI BAW 振蕩器設(shè)計的抖動性能。
TI 的 BAW 振蕩器系列支持 1.8V、2.5V 和 3.3V 電源電壓，并采用 DLE (3.2mm × 2.5mm) 和 DLF (2.5mm × 2mm) 封裝，可節(jié)省緊湊型電路板設(shè)計的空間。圖 3 在左側(cè)展示了兩種 BAW 振蕩器布局，并與典型晶體布局和具有 BAW 振蕩器組合的晶體進行了對比。
BAW 振蕩器可耐受高達 105°C 的溫度，并且與同類晶體振蕩器設(shè)計相比，其故障前平均時間 (MTBF) 高出 20 - 30 倍。圖 5 顯示，BAW 振蕩器在其整個使用壽命期間都能保持 ±25ppm 的可靠頻率穩(wěn)定性，包括所有老化和環(huán)境因素。在整個溫度范圍內(nèi)，BAW 振蕩器具有 ±10ppm 的頻率穩(wěn)定性，明顯優(yōu)于當(dāng)前基于石英的振蕩器。
圖 6 展示了 BAW 振蕩器的振動靈敏度。BAW 振蕩器的典型振動靈敏度為 1ppb/g，這明顯優(yōu)于石英振蕩器設(shè)計的 5-10ppb/g 靈敏度。
圖 3 BAW 振蕩器和晶體的 PCB 封裝比較
圖 4 BAW 振蕩器 156.25MHz 相位噪聲性能（歸一化雜散模式）
圖 5 BAW 振蕩器與石英 XO：溫度范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定性
圖 6 BAW 振蕩器和石英的振動靈敏度比較