從醫(yī)用血糖、血壓和血氧飽和度監(jiān)測(cè)儀，到建筑自動(dòng)化中使用的溫度和煙霧探測(cè)器，再到建筑安全中使用的電子鎖，無線微控制器（MCU）在監(jiān)測(cè)和連接生活方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

因此，移動(dòng)和分析大量數(shù)據(jù)仍然是商業(yè)和商務(wù)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的創(chuàng)新能力。無線MCU和無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)遷移至關(guān)重要。而通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備傳遞最后一英里數(shù)據(jù)的能力是整個(gè)數(shù)據(jù)傳遞過程中的重要一環(huán)。

物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建塊包括采用石英晶體的傳感器。然而，用于實(shí)現(xiàn)無線連接的離散時(shí)鐘和石英晶體設(shè)備開發(fā)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、難度高，并且在工廠自動(dòng)化或汽車應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境壓力的影響。

一種名為體聲波（BAW）的新技術(shù)能在提高整體性能和降低成本的同時(shí)，讓MCU變得更簡(jiǎn)便、更小巧。通過改變我們當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，BAW可以讓下一代工業(yè)和電信應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。

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

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(shù)，從而消除了對(duì)外部石英晶體的需求，這種晶體不僅體積大，而且設(shè)計(jì)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)。無晶體解決方案節(jié)省的空間在許多新興應(yīng)用中至關(guān)重要，例如醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(jī)械沖擊的干擾。

BAW技術(shù)如何抵御機(jī)械沖擊和振動(dòng)

測(cè)量振動(dòng)和沖擊的兩大重要參數(shù)是作用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的加速力和振動(dòng)頻率。振動(dòng)源無處不在：在移動(dòng)的車輛、設(shè)備中的冷卻風(fēng)扇，甚至是手持無線設(shè)備中都能找到它的身影。重要的是，時(shí)鐘解決方案提供的時(shí)鐘非常穩(wěn)定，可以有效抵御加速力、振動(dòng)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(gè)產(chǎn)品生命周期保持穩(wěn)定。

振動(dòng)和機(jī)械沖擊通過引發(fā)噪聲和頻率漂移影響諧振器，從而逐漸降低系統(tǒng)的性能。在參考振蕩器中，振動(dòng)和沖擊是導(dǎo)致相位噪聲和抖動(dòng)升高、頻率偏移和出現(xiàn)峰值，甚至對(duì)諧振器及其封裝造成物理?yè)p壞的兩大常見原因。通常，外部干擾會(huì)通過封裝耦合到微諧振器中，這會(huì)降低時(shí)鐘的整體性能。

對(duì)所有無線設(shè)備而言，一大關(guān)鍵性能指標(biāo)是保持發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的鏈路并防止數(shù)據(jù)丟失。BAW技術(shù)無需使用晶體，因此為在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供了顯著的性能優(yōu)勢(shì)；此外，BAW技術(shù)還能穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，提高有線和無線信號(hào)之間數(shù)據(jù)同步的精確度，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳輸，從而大幅提高處理數(shù)據(jù)的效率。

BAW技術(shù)被評(píng)為高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由于許多MCU會(huì)在易受沖擊和振動(dòng)的環(huán)境（如工廠和汽車）中工作，因此德州儀器已根據(jù)相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CC2652RB進(jìn)行了全方位測(cè)試。軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL）-STD-883H 2002試驗(yàn)方法旨在測(cè)試石英晶體振蕩器的耐用性。本標(biāo)準(zhǔn)會(huì)將半導(dǎo)體器件置于在野蠻裝卸、運(yùn)輸或現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)由突然力或運(yùn)動(dòng)突然變化而引發(fā)的中等或嚴(yán)重的機(jī)械沖擊（加速度峰值為1500 g）下。此類沖擊可能會(huì)干擾運(yùn)行特性，或造成類似于過度振動(dòng)導(dǎo)致的損壞，特別是在沖擊脈沖反復(fù)出現(xiàn)的情況下。

圖2所示為MIL-STD-883H的機(jī)械沖擊試驗(yàn)裝置，圖3顯示了CC2652RB與外部晶體解決方案相比的頻率變化。從圖中可以看出，最大頻率偏差約為2 ppm，而外部晶體解決方案在2440 GHz時(shí)的偏差約為7 ppm。

圖2：機(jī)械沖擊試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)裝置框圖。（圖片來源：德州儀器）

圖3：對(duì)比BAW和晶體器件上的機(jī)械沖擊引起的最大無線電（2440 GHz）頻率偏差（百萬(wàn)分之一）。（圖片來源：德州儀器）

結(jié)論

BAW技術(shù)通過減少部分關(guān)鍵設(shè)備（如醫(yī)療設(shè)備）所需的空間，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于高沖擊/振動(dòng)頻率的領(lǐng)域，它是物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展、持續(xù)演化的產(chǎn)物。未來，BAW技術(shù)將廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，讓世界聯(lián)系得更加緊密。

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