クロックジェネレーターをマイクロコントローラーに統合

正確なクロック信号は、無線でも有線でも、信頼できる通信の前提条件です。データ伝送に対する需要が増え続ける中、以前のアプローチは限界に達しました。

クロックジェネレーターをマイクロコントローラーに統合するために、テキサスインスツルメンツは、Siチップの上に配置してパッケージシステムを形成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と開発者が2つの目標を達成できます。これまでのところ、彼らは高品質の高周波振動を生成するバルク波共振器の設計を最適化しました-通常は2.5 GHzで1200-シリコンチップでハウジングに取り付けることができます。

テキサス・インスツルメンツが開発した容積共振器は、薄膜技術を使用してシリコン基板上に製造できます。 2つの金属電極間の圧電層で構成され、機械的エネルギーを制限する音響反射器として機能する複数の層に囲まれているため、高品質の共振器が形成されます。

現在まで、ほとんどのマイクロプロセッサは、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、正確なクロック信号を生成します。

デジタル回路の小型化の進歩により、水晶はマイクロコントローラ回路の最大のデバイスと考えることができます。これまで、デジタル回路と同等の外部水晶を小型化することも、ICパッケージ内のチップと統合することもできませんでした。

一方、マイクロコントローラーに統合されたRCまたはLCジェネレーターはスペースを節約します。これらはICに直接統合できますが、耐性が高いため、いくつかのアプリケーションにしか適しておらず、クォーツの代替品と見なすことは困難です。

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ジェネレーターはクォーツよりも小さく、その欠点を避けますが、それでもPCB上に余分なスペースが必要です。 Texas Instrumentsが開発したBAW共振器など、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。

テキサスインスツルメンツは、正確なクロ

ック信号を生成できるだけでなく、BAW共振器の構築に必要な材料が半導体製造にも適しているため、バルク波共振器技術を選択しました（表1）。

表1。クォーツ交換技術の比較として使用できます（出典：Texas Instruments）。

信頼できる通信のための正確なクロック信号

テキサス・インスツルメンツは、最初にBAW共振器を2つの回路に統合しました。ネットワーク内のクロック信号を同期するデバイス（LMK05318）と、無線トランシーバーを備えたマイクロコントローラー（CC2652RB）です。両方のICは、低ジッタ、低温度ドリフト、およびBAWクロックジェネレータの経年劣化の恩恵を受けます。

PLLのCC2652RBとの内部比較により、Texas InstrumentsのVolumenwellenresonatorの温度ドリフトと経年劣化が補償され、48 MHzクロック周波数から最大±40ppmの偏差が生じます。

たとえば、信頼性の高いデータ転送を実現するために、Zigbeeワイヤレステクノロジー仕様で必要なBluetooth、スレッド、および値。マイクロコントローラのもう1つの利点として、テキサスインスツルメンツは、外部クオーツをなくすことでプリント基板の面積を12％節約できると主張しています。

ただし、バルク波共振器は、動作中に外部水晶を備えたクロックジェネレータよりもわずかに多くのエネルギーを必要とします。 Texas Instrumentsは、マイクロコントローラCC2652RBに対して、BAW共振器からの消費電流が500マイクロアンペアになるように指示します。 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、それらを部分的に補償するワイヤレス標準に統合されています。

送信一時停止の典型的な断続的な動作により、テキサスインスツルメンツは、外部の48 MHz水晶を必要とするCC2652Rと比較して、Bluetooth LE接続に対して最大4.4％のBAW共振でCC2652RBの電力要件を満たします。

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