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告別石英:全球首款無晶體無線MCU改進物聯網設計

2020-05-13 15:11
Medtec China
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從醫用血糖、血壓和血氧飽和度監測儀,到建筑自動化中使用的溫度和煙霧探測器,再到建筑安全中使用的電子鎖,無線微控制器(MCU)在監測和連接生活方面發揮著至關重要的作用。

因此,移動和分析大量數據仍然是商業和商務領域中一項重要的創新能力。無線MCU和無線網絡對數據遷移至關重要。而通過物聯網(IoT)設備傳遞最后一英里數據的能力是整個數據傳遞過程中的重要一環。

物聯網構建塊包括采用石英晶體的傳感器。然而,用于實現無線連接的離散時鐘和石英晶體設備開發成本高、耗時長、難度高,并且在工廠自動化或汽車應用中經常會受到環境壓力的影響。

一種名為體聲波(BAW)的新技術能在提高整體性能和降低成本的同時,讓MCU變得更簡便、更小巧。通過改變我們當前的系統設計方式,BAW可以讓下一代工業和電信應用成為現實。

如圖1(下圖)所示,BAW由夾在兩個電極之間的壓電材料組成,它能將電能轉換為機械聲能,也能將機械聲能轉換為電能。壓電材料的機械共振可為系統生成時鐘。

告別石英:全球首款無晶體無線MCU改進物聯網設計

圖1:一種BAW壓電材料。(圖片來源:德州儀器)

德州儀器的SimpleLink CC2652RB MCU在無線MCU封裝中集成了BAW技術,從而消除了對外部石英晶體的需求,這種晶體不僅體積大,而且設計成本高、耗時長。無晶體解決方案節省的空間在許多新興應用中至關重要,例如醫療物聯網設備。

與外部晶體MCU解決方案相比,SimpleLink C2652RB還能有效抵御各種加速力和機械沖擊的干擾。

BAW技術如何抵御機械沖擊和振動

測量振動和沖擊的兩大重要參數是作用于物聯網設備的加速力和振動頻率。振動源無處不在:在移動的車輛、設備中的冷卻風扇,甚至是手持無線設備中都能找到它的身影。重要的是,時鐘解決方案提供的時鐘非常穩定,可以有效抵御加速力、振動和沖擊的干擾,這樣一來,即便工藝和溫度不斷變化,也能在整個產品生命周期保持穩定。

振動和機械沖擊通過引發噪聲和頻率漂移影響諧振器,從而逐漸降低系統的性能。在參考振蕩器中,振動和沖擊是導致相位噪聲和抖動升高、頻率偏移和出現峰值,甚至對諧振器及其封裝造成物理損壞的兩大常見原因。通常,外部干擾會通過封裝耦合到微諧振器中,這會降低時鐘的整體性能。

對所有無線設備而言,一大關鍵性能指標是保持發射機和接收機之間的鏈路并防止數據丟失。BAW技術無需使用晶體,因此為在惡劣環境下運行的物聯網產品提供了顯著的性能優勢;此外,BAW技術還能穩定傳輸數據,提高有線和無線信號之間數據同步的精確度,并實現連續傳輸,從而大幅提高處理數據的效率。

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