ZHCAF73 April 2025 CDC6C-Q1
PRODUCTION DATA
BAW 諧振器技術
體聲波 (BAW) 諧振器技術是一種微諧振器技術，能夠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。在 CDC6C-Q1（BAW 震蕩器）、LMK3H0102-Q1（差分時鐘發生器）和 LMK3C0105-Q1（LVCMOS 時鐘發生器）中，BAW 集成了一個并置的精密溫度傳感器、一個超低抖動低功耗輸出分頻器，以及一個由多個低噪聲 LDO 組成的小型電源復位時鐘管理系統。這些集成式 BAW 時鐘發生器無需外部晶體，同時通過單個器件滿足 PCIe 和基準時鐘的需求。
圖 1 展示了 BAW 諧振器技術的結構。該結構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技術產生振動。
圖 1 體聲波諧振器的基本結構車載信息娛樂系統中的 BAW
消費者的駕駛體驗對車載信息娛樂系統提出了要求，因為個人電子設備與先進駕駛輔助系統 (ADAS) 的集成，其功能反饋需要多個配備時鐘源的元件。汽車行業正在進入一個新時代，在這個新時代，車載信息娛樂 (IVI) 與 ADAS 無縫連接，總 PCB 尺寸和元件成本極為重要。當前一代和下一代 IVI 架構遵循相同的時鐘拓撲，需要數據傳輸和處理。
TI 是率先提供基于 BAW 的時鐘器件的制造商之一，這些器件配有振蕩器和時鐘發生器，支持軟件定義車輛中任何基于處理的架構。設計人員可通過減少復雜 IVI 平臺中的時鐘數量來簡化系統。圖 2 顯示了如何使用這些器件為不同的單個元件生成頻率。
圖 2 IVI 時鐘方框圖LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 符合 TI 功能安全要求，根據 ISO 26262 標準，時基故障 (FIT) 率為 9。在布線長度最長可達 300mm 的條件下，這些器件在所有頻段中都通過了國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 標準的 5 類合規性測試，并可通過擴頻時鐘 (SSC) 保持穩定的時鐘頻率和更低的電磁輻射。CDC6C-Q1 的壓擺率控制功能可以控制設計中的電磁輻射，同時受益于比石英鐘更高的可靠性，在 ISO26262 標準下，FIT 率低至 3。BAW 時鐘可用于支持各種接收器，與石英鐘技術相比，故障風險更低，只需極少的元件和更低的 BOM 成本即可優化 IVI 平臺。
BAW 架構優勢
TI 的 BAW 振蕩器和時鐘發生器具有許多優勢，其中包括：
- 頻率靈活性：許多石英振蕩器 (XO) 通過機械參數控制，一旦截止，就無法修改這些參數。BAW 振蕩器能夠通過一次性可編程 (OTP) 存儲器使用單個 IC 支持寬范圍頻率，從而減輕電源限制。
- 溫度穩定性：未經補償的 XO 溫度響應類似于具有較大 ppm 變化的拋物線曲線。圖 3 展示了 BAW 在任何溫度下均可保持 ±10ppm 的溫度穩定性。
圖 3 BAW 振蕩器與石英溫度穩定性比較 - 振動靈敏度：XO 通常無法通過 MIL-STD，可能高達 +10ppb/g。圖 4 展示了 BAW 振蕩器以 1ppb/g 的典型性能通過 MIL_STD_883F 方法 2002 條件 A。TI BAW 振蕩器的振動和機械沖擊性能詳細說明了 TI BAW 振蕩器的性能。
圖 4 BAW 振蕩器與石英振動靈敏度比較 - 機械沖擊：基于石英的時鐘通無法常通過 MIL-STD，并且可能會在 2,000g 時發生故障。BAW 振蕩器通過了 MIL_STD_883F 方法 2007 條件 B，變化小于 0.5ppm（高達 1,500g）。
- EMI 性能：基于石英的時鐘通常沒有制造商提供的 CISPR-25 數據。
- CDC6C-Q1 具有多個高達 4ns 的壓擺率控制選項。使用慢速模式 2 選項，CDC6C-Q1 通過了 CISPR25 5 類標準測試。
- LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 整合了展頻時鐘，可提高系統和器件級別的 EMI 性能。這兩款器件都在各種布線長度上符合 CISPR25 5 類標準。
- 小尺寸 PCB：TI 的 BAW 振蕩器系列支持 1.8V 至 3.3V 電源電壓，采用標準 4 引腳 DLE (3.2mm × 2.5mm)、DLF (2.5mm × 2mm)、DLX (2mm x 1.6mm) 和 DLY (1.6mm x 1.2mm) 可潤濕側翼封裝，可節省緊湊型電路板設計的空間。圖 5 展示了 BAW 振蕩器布局，并與多種封裝尺寸的典型晶體布局進行了比較。晶體最多需要四個外部元件來調整諧振頻率并保持主動振蕩。有源振蕩器（如 CDC6C 或 LMK6C）只需一個電容器即可進行電源濾波，從而簡化了 BOM 并顯著減少了所需的布局面積。此外，PCB 布線的寄生電容不會影響有源振蕩器的頻率精度，因此與晶體相比，有源振蕩器可以布置到距離接收器要遠得多的位置。LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 均采用具有可潤濕側翼的 3x3 封裝。由于這兩個器件都可用于代替五個單通道時鐘，因此 TI 根據 圖 5 將 PCB 空間的尺寸縮小了 30%。
圖 5 五晶振、五個 CDC6C-Q1 和 LMK3C0105-Q1 封裝比較