超越石英鐘：BAW 時鐘如何重新定義 ADAS 和 IVI
發布時間：2025-6-26 18:33
發布者：eechina
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作者：德州儀器 在向更加自主的分區架構發展的過程中，為實現軟件驅動的決策，需要精確的定時和可靠的時鐘電路。從高級駕駛輔助系統 (ADAS) 到車載信息娛樂系統 (IVI) 和高速數據網絡，汽車制造商紛紛實施外設組件快速互連 (PCIe) 6.0 規范、千兆位以太網及串行器和解串器 (SerDes)，以提高安全性并增強駕駛體驗。體聲波 (BAW) 時鐘是車載互聯系統的核心，像心臟跳動一樣按照精確的定時節奏運作，讓車輛的各個子系統實現同步。 
圖 1：BAW 時鐘支持 ADAS 和 IVI 功能 隨著 ADAS 和 IVI 被用于支持自動駕駛，越來越多的微控制器和應用處理器需要搭載人工智能、FPDLink™ 串行器/解串器、以太網物理層、用于實現傳感和顯示功能的激光雷達和雷達傳感器。 傳統石英鐘與 BAW 時鐘的比較 BAW 是一種諧振器技術，它使用壓電式傳導來生成千兆赫頻率和高 Q 值諧振，可以直接集成到包含其他集成電路的標準塑料封裝中。石英鐘很難滿足長期可靠性、抗振動和定時要求，而 BAW 時鐘可提供超低抖動和增強的可靠性和性能，從而實現更安全的運行、更純凈的數據通信和更快的處理速度。 BAW 時鐘能夠在 10 年內保持 ±25ppm 的穩定性，可在整個系統壽命期間提供高精度，從而降低因頻率漂移導致傳感器精度受到影響的風險。BAW 時鐘具有 1ppb/g 的抗振動和抗沖擊能力，已通過 2007 年版和 2002 年版軍用標準 F 方法的驗證，可提高在嚴苛汽車環境中的適應能力。 此外，小于 3ms 的啟動時間可縮短實時視覺分析和響應時間，從而支持 ADAS 功能，具有更大的距離檢測范圍，而且支持傳感器融合和更快的處理速度，而石英鐘的啟動時間通常為小于 6ms。 最后，分區架構增加了時鐘樹的復雜性，與石英鐘相比，BAW 時鐘可以節省高達 55% 的布板空間，有助于設計人員滿足功能安全要求，而且在地緣政治層面，BAW 時鐘具有穩定的供應鏈。 BAW 時鐘：汽車應用的更優 FIT 選擇 德州儀器 (TI) 的汽車 BAW 技術具有德州儀器的功能安全功能，可幫助設計人員滿足汽車安全完整性等級 (ASIL) D 標準。與石英鐘相比，BAW 具有更低的時基故障 (FIT) 率，可在 ADAS、IVI 和雷達及激光雷達系統中提供長期可靠性。 時基故障率衡量的是每十億小時運行時間內的預期故障，而更低的系統整體時基故障率有助于更輕松地通過 ASIL 認證。在國際電工委員會 TR 62380 和國際標準化組織 ISO 26262 標準中，CDC6C-Q1 振蕩器的時基故障率低至 3。根據美國電子器件工程聯合委員會 JESD85 標準，這款 BAW 振蕩器的可靠性是石英鐘的 100 倍，時基故障率為 0.3（石英鐘的時基故障率為 30），從而降低了發生意外故障的概率并改善了長期功能性。 德州儀器的 BAW 時鐘不僅時基故障率低，而且具有適應惡劣條件的能力和精確的時鐘功能，為車輛的各個子系統提供了更可靠且更高效的解決方案。 在以下終端設備示例中，將重點介紹 BAW 技術如何提高性能、簡化設計和提高功能安全性。 前置攝像頭：提升多種架構的安全性 在 ADAS 中，前置攝像頭支持基于顏色的物體識別，例如檢測行人、限速標志，并且能夠借助高分辨率圖像為車道保持輔助及泊車操作提供反饋信息。前置攝像頭必須滿足 ISO 26262 下的 ASIL B 至 ASIL D 要求。 從時鐘的角度來看，現有的和下一代的前置攝像頭架構都遵循類似的結構，如圖 2 和圖 3 所示。
圖 2：現有的前置攝像頭架構包含一個支持片上系統 (SoC) 的 CDC6C-Q1 振蕩器和位于電子控制單元 (ECU) 中的兩個時鐘
圖 3：下一代架構采用 CDC6C-Q1 振蕩器，支持處理功能和解串器 在環視攝像頭中，中央計算區域由 ECU 和解串器組成。與石英鐘不同，CDC6C-Q1 可驅動兩個解串器，從而減少元件數量、電路板空間和總物料清單成本。 IVI：簡化時鐘架構 德州儀器的振蕩器、時鐘發生器和時鐘緩沖器支持軟件定義車輛中任何基于處理技術的架構。設計人員可通過減少復雜 IVI 平臺中的時鐘數量來簡化系統。憑借 LMK3H0102-Q1 時鐘發生器（具有低功耗高速電流轉向邏輯輸出）中的集成 BAW 諧振器和 LMK3C0105-Q1 低電壓互補金屬氧化物半導體時鐘發生器，無需外部時鐘也能正常工作，并能根據各個元件所需的頻率，由分數輸出分頻器生成輸出信號，如圖 4 所示。
圖 4：IVI 時鐘拓撲 LMK3H0102-Q1 和 LMK3C0105-Q1 符合德州儀器功能安全要求，根據 ISO 26262 標準，時基故障 (FIT) 率為 9。在布線長度最長可達 300mm 的條件下，這些器件在所有頻段中都通過了國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 標準的 5 類合規性測試，并可通過擴頻時鐘選項，保持穩定的時鐘頻率和更低的電磁輻射。CDC6C-Q1 具有轉換率控制選項，可以控制器件級別的電磁輻射，同時受益于比石英鐘更高的可靠性，在 ISO26262 標準下，時基故障率低至 3。BAW 時鐘可用于支持各種元件，與石英鐘技術相比，故障風險更低，只需極少的元件和更低的 BOM 成本即可優化 IVI 平臺。 HPC：ADAS 域控制器 現代車輛不斷發展，力求以更小的延遲傳輸更多的數據。通過服務器、存儲和輸入/輸出外設，有助于實現由支持 PCIe 5.0 規范和更嚴格 6.0 規范的高性能處理器和 SoC 的高速數據傳輸。為了增強高級自動駕駛，ADAS SoC 的復雜性不斷增加，因此汽車行業的數據傳輸很可能會接近數據中心級別。 SoC 制造商和原始設備制造商都在開發各自的處理器，以達到 PCIe 5.0 和 6.0 規范的速度標準。LMK3H0102-Q1 支持 PCIe 6.0 規范所要求的 100fs，通用時鐘抖動為 34.5fs。 德州儀器的功能安全型 BAW 時鐘面向融合了 ADAS 和 IVI 域的嵌入式處理高性能計算 (HPC) 系統，其中來自攝像頭、雷達和激光雷達系統的傳感器輸入數據可幫助保護駕駛員和乘客。圖 5 所示為 HPC 拓撲。
圖 5：HPC 時鐘拓撲 結語 為了打造更加安全的未來駕駛體驗，ADAS 功能日益普及，由此也催生了對精確時鐘解決方案的需求。這類解決方案可確保時鐘在整個車輛生命周期內持續穩定運行。汽車制造商將繼續從基于石英鐘的解決方案轉向 BAW 時鐘，為實現更安全、更智能和更具彈性的車輛架構鋪平道路。 |
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