用體聲波諧振器制作音樂

當(dāng)我的手指不敲擊電腦鍵盤時(shí)，人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)我用手指敲擊電吉他的琴頸。盡管我心目中的所有電搖滾吉他英雄都已成年，但我仍繼續(xù)將他們的火炬帶到未來。las，有時(shí)甚至像我這樣的搖滾動(dòng)物也不得不放下他的電吉他并彈奏原聲。

為什么，你可能會(huì)問？好吧，這當(dāng)然不是因?yàn)槲艺谑?duì)搖滾樂的品味，取而代之的是對(duì)詹姆斯泰勒的興趣。不！這是因?yàn)閺椬嘣暭梢宰屓酥苯犹胍魳分?。人們所要做的就是拿起它，調(diào)整它，然后演奏。沒有電纜、電線、放大器、踏板的麻煩，以及彈奏電動(dòng)時(shí)的其他相關(guān)痛苦。人們可以感覺到儀器在您的手中和身體上移動(dòng)和呼吸。

計(jì)時(shí)

今天，時(shí)鐘通常是通過外部石英 (SiO 2 ) 晶體實(shí)現(xiàn)的。使用晶體的難題之一是它們?cè)谒褂玫?a target="_blank">半導(dǎo)體之外。對(duì)于許多應(yīng)用，片上系統(tǒng) (SoC) 微控制器 (MCU) 所需的唯一外部部件是晶體和一些旁路電容器。晶體是較大的器件，因此它決定了 PCB 尺寸和布局。它們一起就像電吉他。它不是一個(gè)集成的、隨時(shí)可用的單元。

在這里，我們將討論體聲波 (BAW) 技術(shù)如何通過消除外部晶體來設(shè)置 MCU 或其他電路的時(shí)鐘速度來減輕設(shè)計(jì)工程師遇到的一些痛苦。此外，我們將探討使用具有集成 BAW 頻率確定組件的設(shè)備的好處。

走向聲學(xué)：濾波器和時(shí)鐘

彈奏我的原聲吉他讓我想起聲學(xué)技術(shù)如何為更多的人服務(wù)，而不僅僅是音樂家。體聲波 (BAW) 濾波器在高頻 LTE 和 5G 蜂窩頻段以及 Wi-Fi 應(yīng)用中非常有用。BAW 通過充當(dāng)合適的高頻射頻 (RF) 濾波設(shè)備來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。它們的物理結(jié)構(gòu)由放置在兩個(gè)薄金屬板或薄膜之間的壓電薄膜諧振器組成。當(dāng)被電壓激發(fā)時(shí)，該機(jī)制會(huì)像晶體一樣以特定頻率振蕩。該速率取決于壓電薄膜的厚度。這些濾波器可用于智能手機(jī)等日常射頻設(shè)備。

現(xiàn)在，BAW 技術(shù)正在轉(zhuǎn)型，為 MCU 和相關(guān)半導(dǎo)體提供集成時(shí)鐘功能。這種微小的技術(shù)將對(duì) MCU 和包含它們的設(shè)備以及任何需要時(shí)鐘發(fā)生器的電路產(chǎn)生全球影響。BAW振蕩器是一種電子振蕩器電路，它利用振動(dòng)的微聲諧振器（BAW）的機(jī)械諧振，通過壓電效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電信號(hào)。這種頻率非常高的精確信號(hào)為電子系統(tǒng)提供時(shí)鐘和定時(shí)參考。

體聲波 (BAW)

BAW 是一種微諧振器技術(shù)，可以將高精度和超低抖動(dòng)時(shí)鐘直接集成到包含其他電路的封裝中。以前需要晶體的新產(chǎn)品可以替換為具有集成 BAW 頻率確定組件的類似設(shè)備。BAW 技術(shù)比外部石英晶體體積更小——可通過網(wǎng)絡(luò)提供更清晰的有線和無線信號(hào)。它為從無線消費(fèi)電子產(chǎn)品到高端工業(yè)系統(tǒng)的一系列領(lǐng)域提供了更高質(zhì)量的通信和更高的效率。

處于這一創(chuàng)新前沿的正是德州儀器 (TI)，該公司是模擬和數(shù)字嵌入式及應(yīng)用處理半導(dǎo)體解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者。TI 現(xiàn)在正在 SimpleLink ? MCU 中使用 BAW。

SimpleLink ?無線 MCU

TI 首批采用 BAW 頻率源的產(chǎn)品之一是其廣受歡迎的SimpleLink無線電收發(fā)器芯片，其目標(biāo)是針對(duì)Bluetooth?、Zigbee? 、 Wi- Fi?和其他標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)和其他短程無線解決方案。Texas Instruments SimpleLink? MCU通過單一開發(fā)環(huán)境提供最廣泛的差異化有線和無線 Arm? MCU 產(chǎn)品組合（圖 2). 該環(huán)境為開發(fā)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)人員提供了靈活的硬件、軟件和工具選項(xiàng)。憑借單一軟件架構(gòu)、模塊化開發(fā)套件和免費(fèi)軟件工具，SimpleLink MCU 平臺(tái)可在整個(gè)產(chǎn)品組合中實(shí)現(xiàn) 100% 的代碼重用。SimpleLink 微控制器可幫助制造商快速開發(fā)和無縫重用資源，以擴(kuò)展其互聯(lián)產(chǎn)品組合。

圖 2：Texas Instruments SimpleLink ? MCU 平臺(tái)支持 Wi-Fi、Zigbee、藍(lán)牙、Thread、低于 1GHZ 以及物聯(lián)網(wǎng)和短距離有線應(yīng)用的有線標(biāo)準(zhǔn)。（來源：德州儀器）

無石英：SimpleLink ?無線 MCU內(nèi)部

Texas Instruments CC2652RB（圖 3）支持 Thread、 Zigbee? 、Bluetooth? 5.1 Low Energy、IEEE 802.15.4、支持 IPv6 的智能對(duì)象 (6LoWPAN) 和專有系統(tǒng)。這款新產(chǎn)品是業(yè)界首款無晶體無線 MCU，在封裝內(nèi)集成了 TI BAW 諧振器。

圖 3：Texas Instruments CC2652RB SimpleLink? 無線 MCU 是一款多協(xié)議 2.4GHz 無線無晶體 MCU，集成了 TI BAW 諧振器技術(shù)。（來源：德州儀器）

集成的 BAW 諧振器技術(shù)消除了對(duì)外部晶體的需求，而不會(huì)影響延遲或頻率穩(wěn)定性（圖 4）。該 MCU 允許設(shè)計(jì)工程師創(chuàng)建更簡(jiǎn)單、更小的設(shè)計(jì)，同時(shí)提高性能并降低成本。它還將加快上市時(shí)間，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員將能夠消除選擇、校準(zhǔn)和安裝外部石英晶體的過程。

圖 4：在硅芯片上制造的 BAW 技術(shù)。（來源：德州儀器）

該器件針對(duì)樓宇安全系統(tǒng)、HVAC、醫(yī)療、電動(dòng)工具和有線網(wǎng)絡(luò)中的低功耗無線通信和高級(jí)傳感進(jìn)行了優(yōu)化。它還針對(duì)便攜式電子產(chǎn)品、家庭影院和娛樂以及互聯(lián)外圍設(shè)備市場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化。

采用 BAW 技術(shù)的 MCU 的優(yōu)勢(shì)

采用 BAW 技術(shù)的 MCU 的優(yōu)勢(shì)包括：

封裝尺寸小

簡(jiǎn)化開發(fā)

堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)

人身安全

讓我們更詳細(xì)地了解這些好處。

小包裝

在可穿戴醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用中，節(jié)省空間至關(guān)重要。由于它們被集成到芯片封裝中，電路設(shè)計(jì)人員將不再需要使用安裝在電路板上的獨(dú)立時(shí)鐘設(shè)備。CC2652RB專為空間受限的無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。移除外部 48MHz 晶體可將傳統(tǒng) 7mm x 7mm QFN 無線 MCU 的占位面積減少 12%。這也為您提供了更大的靈活性，可以將您的傳感器和外圍設(shè)備路由到 GPIO 引腳。

簡(jiǎn)化開發(fā)

石英晶體是無線電射頻布局中最常見的痛點(diǎn)之一。它們通常是問題的根源，例如噪聲、串?dāng)_或晶體頻率調(diào)諧。這些問題通常需要在開發(fā)過程中重新設(shè)計(jì) PCB 才能解決，從而增加您的開發(fā)成本。使用CC2652RB可以避免所有這些風(fēng)險(xiǎn)。

堅(jiān)固耐用

當(dāng)今的許多創(chuàng)新產(chǎn)品都存在于惡劣的環(huán)境中。從工業(yè)機(jī)器人的持續(xù)振動(dòng)到跌落設(shè)備的機(jī)械沖擊，無線設(shè)備需要在許多情況下可靠地運(yùn)行。BAW 諧振器技術(shù)是適用于惡劣環(huán)境的可行的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)選擇。它對(duì)機(jī)械沖擊和振動(dòng)環(huán)境更具彈性，在根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MIL-SD-883H 進(jìn)行測(cè)試時(shí)，ppm 變化比外部石英晶體低三倍。該設(shè)備的額定使用壽命長(zhǎng)達(dá) 10 年，而石英晶體的使用壽命通常為 5 至 6 年。這意味著更準(zhǔn)確的無線電，以及更少的定時(shí)和傳輸錯(cuò)誤，壽命幾乎翻了一番。石英晶體也更容易在機(jī)械沖擊下破裂，從而終止設(shè)備的無線功能。如果外部晶體破碎，則需要完全更換才能恢復(fù)無線功能。可以使用 BAW 諧振器從應(yīng)用中移除這個(gè)易碎部件。

物理安全

使用 BAW 諧振器技術(shù)可以減少 MCU 安全性中的潛在弱點(diǎn)。移除外部晶體可以減少對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行與時(shí)序相關(guān)的邊信道攻擊的機(jī)會(huì)。

結(jié)論

好吧，當(dāng)我結(jié)束計(jì)算機(jī)上的擊鍵時(shí)，我可以將注意力轉(zhuǎn)移到回家彈吉他上。我希望您已經(jīng)了解如何使用聲學(xué)效果只會(huì)幫助您在新設(shè)計(jì)中搖擺不定。現(xiàn)在，讓我在趕上高峰時(shí)間時(shí)打開 AC/DC。

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