クロックジェネレータをマイクロコントローラに統合

正確なクロック信号は、信頼性のある通信を行うための前提条件です - 無線でも有線でも。データ伝送に対する需要が増え続けているため、以前のアプローチは限界に達しています。

クロックジェネレータをマイクロコントローラに統合するために、Texas Instrumentsはパッケージシステムを形成するためにSiチップの上に置くことができるフィルムバルク音響波（BAW）共振器を開発しました。

これにより、Texas Instrumentsのすべての分野の研究者および開発者が2つの目標を達成することができます。これまでのところ、彼らはバルク波共振器の設計を最適化しており、それは高品質の高周波発振（典型的には２．５ＧＨｚで１２００）を生成し、それはシリコンチップと共にハウジングに取り付けることができる。

Texas Instrumentsによって開発された体積共振器は、薄膜技術を用いてシリコン基板上に製造することができる。それは２つの金属電極間の圧電層からなり、そして機械的エネルギーを制限するために音響反射体として作用するいくつかの層によって囲まれ、それによって高品質の共振器を形成する。

今日まで、ほとんどのマイクロプロセッサは正確なクロック信号を生成するために周波数が外部水晶によって与えられるクロック信号を使用しています。

デジタル回路の小型化の進歩は、水晶がマイクロコントローラ回路の最大のデバイスと見なすことができることを意味します。これまで、デジタル回路と同等の外付け水晶を小型化したり、ICパッケージ内のチップと統合することは不可能でした。

一方、マイクロコントローラに内蔵されているRCまたはLCジェネレータはスペースを節約します。それらはICに直接統合することができますが、その高い許容度のために、それらはいくつかのアプリケーションにしか適しておらず、クォーツの代わりとして考慮されるのは難しいです。

図1. BAW共振器はSiチップ上に配置され、ワイヤボンディングによって半導体チップに電気的に接続されています。

外部ＭＥＭＳ発生器は水晶よりも小さくそしてそれらの不利益を回避するが、それらは依然としてＰＣＢ上に追加のスペースを必要とする。 Texas Instrumentsによって開発されたBAW共振器のように、ICハウジングに統合されたMEMSクロックは、省スペースの代替手段を提供します。

Texas Instrumentsは、正確なクロック信号の生成を可能にするだけでなく、BAW共振器の構築に必要な材料も半導体製造に適しているため、バルク波共振器テクノロジを選択しました（表1）。

表1。水晶代替技術の比較として使用することができます（出典：Texas Instruments）。

信頼性の高い通信のための正確なクロック信号

Texas Instrumentsは、最初にBAW共振器を2つの回路、ネットワーク内のクロック信号を同期させるためのデバイス（LMK05318）と無線トランシーバ付きのマイクロコントローラ（CC2652RB）に統合しました。どちらのICも、BAWクロックジェネレータの低ジッタ、低温度ドリフト、および経年劣化の恩恵を受けています。

PLLのCC2652RBとの内部比較により、Texas Instruments Volumeの内蔵共振器の温度ドリフトと経年変化が補正され、48 MHzのクロック周波数から最大±40ppmの偏差が生じます。

たとえば、信頼性のあるデータ転送を実現するために、Bluetooth、Zigbeeワイヤレステクノロジ仕様に必要なスレッドおよび値などです。マイクロコントローラのもう1つの利点として、Texas Instrumentsは外部の水晶を排除することでプリント回路基板面積を12％節約できると主張しています。

しかしながら、バルク波共振器は、外部水晶を有するクロック発生器よりも動作中にわずかにより多くのエネルギーを必要とする。テキサスインスツルメンツはマイクロコントローラCC2652RBにBAW共振器からの500マイクロアンペアのより高い消費電流を持つように指示します。これらを部分的に補償するTexas Instrumentsは、Bluetooth低電力スタックのプロトコルスタック内のBAW共振器の制御など、ワイヤレス規格に統合されています。

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送信停止の典型的な間欠動作では、Texas Instrumentsは、外付けの48MHz水晶を必要とするCC2652Rと比較して、最大7パーセントのBluetooth LE接続に対して約4.4まで、より多くのCC2652RB電力要件を持つことになります。