Zegar BAW jest 100 razy bardziej niezawodny niż kwarc: jak zegary nowej generacji zmieniają technologię ADAS i IVI

Porównanie tradycyjnych zegarów kwarcowych z zegarami BAW.

BAW to technologia rezonatora, która wykorzystuje piezoelektryczną transdukcję do generowania częstotliwości gigahercowej i rezonansu o wysokiej jakości, który można zintegrować bezpośrednio ze standardowymi obudowami plastikowymi zawierającymi inne układy scalone. Podczas gdy zegary w technologii kwarcowej charakteryzują się niedostatecznymi parametrami dotyczącymi długoterminowej niezawodności, odporności na drgania i jakości sygnału czasu, zegary BAW oferują bardzo niskie drgania i zwiększoną niezawodność i wydajność, umożliwiając tym samym bezpieczniejszą pracę, czystszą komunikację danych i szybsze przetwarzanie.

Dzięki zachowaniu stabilności ±25 ppm przez 10 lat zegary BAW zapewniają precyzję przez cały okres eksploatacji systemu, zmniejszając ryzyko dryftu częstotliwości, który może wpłynąć na dokładność czujnika. Odporność na drgania i wstrząsy zegarów BAW na poziomie 1 ppb/g, potwierdzona metodami Military Standard-F, zwiększa odporność w trudnych warunkach drogowych. Ponadto, czas rozruchu <3 ms (zegary kwarcowe mają czas rozruchu <6 ms) poprawia analizę wizji w czasie rzeczywistym i czasy reakcji, umożliwiając systemom ADAS większą detekcję odległości, łączenie czujników i szybsze przetwarzanie. Wreszcie zegary BAW mogą zmniejszyć przestrzeń na płytce nawet o 55% w porównaniu z kwarcem.

Taktowanie BAW

Technologia BAW firmy TI dla motoryzacji jest zgodna z zasadami TI Functional Safety-Capable, pomagając projektantom spełniać normy Automotive Safety Integrity Level (ASIL) D przy niższym współczynniku awarii w czasie (failure-in-time, FIT) w porównaniu z kwarcem, zapewniając długoterminową niezawodność w systemach ADAS, IVI oraz radarowych i lidarowych. Współczynnik FIT odzwierciedla oczekiwaną awarię na miliard godzin pracy, a niższy całkowity współczynnik FIT systemu upraszcza certyfikację ASIL. W normach Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej TR 62380 i Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej ISO 26262 oscylator CDC6C-Q1 ma współczynnik FIT wynoszący zaledwie 3. Zgodnie z normami Joint Electron Device Engineering Council JESD85 oscylator BAW jest 100 razy bardziej niezawodny niż kwarc, ze współczynnikiem FIT wynoszącym 0,3 w porównaniu do 30, co zmniejsza oczekiwaną ilość awarii i poprawia długoterminową funkcjonalność. Dzięki niskiemu współczynnikowi FIT, odporności na trudne warunki i precyzyjnej możliwości taktowania, zegary BAW TI zapewniają bardziej niezawodne i wydajne rozwiązanie dla podsystemów w całym pojeździe. Technologia BAW może zwiększyć wydajność, uprościć projekty i poprawić bezpieczeństwo funkcjonalne w takich aplikacjach jak kamery przednie, stosowane w różnych architekturach ADAS. Kamery przednie obsługują identyfikację obiektów na podstawie kolorów, taką jak wykrywanie osób postronnych, znaki ograniczenia prędkości, informacje zwrotne dotyczące pomocy w utrzymaniu pasa ruchu i parkowanie z obrazem o wysokiej rozdzielczości. Kamery przednie muszą spełniać normy ASIL B do ASIL D zgodnie z normą ISO 26262. Zarówno istniejące, jak i nowej generacji architektury kamer przednich mają podobną strukturę z punktu widzenia taktowania (Rysunek 1 i 2).

Rysunek 1. Istniejąca architektura kamer przednich obejmuje oscylator CDC6C-Q1 do obsługi układu scalonego (SoC) i dwa zegary w jednostce sterowania elektronicznego (ECU)

Rysunek 2. Architektura nowej generacji obejmuje oscylatory CDC6C-Q1 obsługujące przetwarzanie i deserializery

W kamerach z widokiem dookoła centralna strefa obliczeniowa obejmuje jednostki ECU i deserializery. W przeciwieństwie do kwarcu CDC6C-Q1 może obsługiwać dwa deserializery, co zmniejsza liczbę komponentów, przestrzeń na płytce i całkowity koszt BOM.

IVI: Uproszczenie architektury zegara

Oscylatory, generatory zegara i bufory zegara mogą obsługiwać dowolną architekturę opartą na przetwarzaniu w pojeździe zdefiniowanym programowo. Obecnie projektanci mogą uprościć swoje systemy, zmniejszając liczbę zegarów w złożonym systemie IVI. Zintegrowany rezonator BAW w generatorze zegara LMK3H0102-Q1 od Texas Instruments (z wyjściami logiki sterowania prądem o niskiej mocy i dużej prędkości) i niskonapięciowy półprzewodnikowy generator zegara LMK3C0105-Q1 eliminują potrzebę implementacji zewnętrznego zegara i generowania sygnałów na częstotliwościach wymaganych dla poszczególnych komponentów (taką topologię pokazano na Rysunku 3).

LMK3H0102-Q1 i LMK3C0105-Q1 są zgodne z normą TI Functional Safety-Capable, ze wskaźnikiem Failures In Time (FIT) wynoszącym 9, co jest zgodne z normą ISO 26262. Komponenty te spełniają wymagania Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5 dla wszystkich pasm przy długościach śladów do 300 mm, utrzymując stabilne taktowanie i zmniejszone emisje dzięki opcji taktowania rozproszonego widma. Zegary BAW są zbudowane tak, aby obsługiwać różne komponenty przy zmniejszonym ryzyku awarii w porównaniu z technologią kwarcową, optymalizując platformy IVI przy minimalnej liczbie komponentów i niższych kosztach BOM.

Rysunek 3: Topologia zegara IVI.

HPC: kontrolery domeny ADAS

Nowoczesne pojazdy potrzebują większego przesyłu danych przy minimalnym opóźnieniu. Serwery, urządzenia pamięci masowej i urządzenia peryferyjne wejścia/wyjścia ułatwiają szybki transfer danych z procesorów i układów SoC, obsługujących specyfikację PCIe 5.0 (lub bardziej rygorystyczną specyfikację 6.0). Ze względu na fakt, iż układy SoC ADAS stają się coraz bardziej złożone, transfer danych w sektorze motoryzacyjnym prawdopodobnie zbliży się do poziomu centrów danych. LMK3H0102-Q1 obsługuje wymagania PCIe 6.0 wynoszące 100 fs, przy wspólnym jitterze zegara wynoszącym 34,5 fs. Zegary BAW z funkcją Functional Safety-Capable firmy TI są przeznaczone do wbudowanych systemów przetwarzania o wysokiej wydajności (high-performance computing, HPC), które łączą domeny ADAS i IVI, w których dane wejściowe czujników z kamer, radarów i systemów lidarowych pomagają chronić kierowców i pasażerów.

Rysunek 4. Topologia zegara HPC.

Żródło: Beyond quartz: How BAW clocks are redefining ADAS and IVI © Texas Instruments

Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 11 września 2025. Zapisz się tutaj!