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晶片級原子鐘性能可望超越TXCO

上網時間: 2011年03月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:TXCO  CSAC  晶片級原子鐘  Quantum SA 45s  振盪器 

作者:施維柏

Symmetricom公司日前推出了一款可安裝在PCB上的晶片級原子鐘(CSAC)——Quantum SA 45s。雖然它實際上是一款振盪器,但在尺寸為1.39×1.45×0.45英吋(35.3 x 36.8 x11.4 mm)、約15cm3的封裝中,以3.3V單一電源(115mW)作業,即可實現10MHz的高阻抗輸出。

這款振盪器利用由Symmetricom公司的合作夥伴桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)和德雷珀實驗室(Draper Laboratory)所提供的技術共同開發,其穩定度可達每秒2×10-10。相較於傳統由溫度和烘烤控制的溫度補償晶體振盪器(TXCO)和?皕霽嘉擙黃?器(OXCO),Symmetricom公司宣稱Quantum SA 45s元件的功耗更低1/10至1/20,而能實現更高10至100倍以上的性能。

此外,相較於傳統的原子鐘(包括Symmetricom公司自有產品),CSAC的體積只有原來的1/3到1/30,而功耗僅0.8%到1%。Symmetricom公司目前可說是銫原子鐘的主要供應商之一,該公司並於2005年收購了安捷倫科技(Agilent Technologies)頗負盛名的時脈產品線。

那麼,Symmetricom公司如何實現這一設計?圖1詳細介紹了該核心單元建構:


功能性元素包括一款聚亞醯胺懸置、一個微型裝配的矽蒸汽室,以及一款經蒸汽輸出的低功率垂直腔面發射雷射器(VCSEL)。整個封裝(圖2)包括電子功能、RS-232介面、低功耗DSP、雙層磁遮罩(原子共振頻率受此影響),所有的功能都整合在一個密封、通孔結構且可安裝在PCB上的封裝中。


在實際的PCB應用中,它看起來如圖3所示:


其基本結構乍看之下十分簡單,如圖4。‘自然’的原子微波共振頻率由RF本地振盪器(LO)合成,而其控制迴路則將LO頻率鎖定至原子共振。


由於基於GPS的時脈已十分方便且普及,哪些應用還需要使用CSAC呢?首先,有些基於GPS的計時應用可能不夠精確。但也有許多應用是無法取得GPS訊號的,如海底探測、地下鑽探、地球物理研究,以及EMI保護室。還有一些現場軍事環境,偵察人員故意阻斷GPS和所有電磁波訊號,以避免遠端觸發易爆裝置(IED)。當然,作戰部隊之間也需要準確的同步通訊設備。

儘管構造十分複雜,但該CSAC相當堅實耐用,任意軸都可承受高達500g的衝擊。它並已通過MIL-STD-810、514.5方法、第1步驟、第24類別的最小完整性振動規範測試。其它規格還包括:7.7grms@0.04g/Hz、20Hz∼1kHz、-6dB/倍頻、1kHz∼2kHz、15分鐘/軸。

CA 45s CSAC可使用蒸汽,但並不是一款‘蒸汽’或汽化產品。它有兩個版本:

001型號溫度範圍在-10℃至+70℃之間,主要用於商業應用;002型號溫度範圍在-40℃至+85℃之間,主要針對軍事應用。





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