國產芯片級微型原子鐘介紹

關鍵詞：芯片級原子鐘,國產原子鐘,芯片原子鐘

國產芯片級原子鐘又被稱作cpt原子鐘，是一種軍民雙用的微型銣原子振蕩器，本文主要對芯片級原子鐘進行介紹同時推薦一款國產芯片級原子鐘。

原子鐘是以原子躍遷譜為基礎制作的時間頻率信號標準設備或儀器,具有最高的頻率精度,是航空航天、數字通信、網絡授時、廣播電視、鐵路交通、電力傳遞等各系統中的時間頻率基準,在國家戰略領域,乃至整個國民生產生活中起著基礎性的支撐作用。芯片原子鐘是結合了集成電路制造的技術工藝方法,以相干布居數囚禁(CPT)原理為基礎,研制出來的一種器件級別的微型化原子頻率基準產品。它是未來國內外時間頻率領域研究的重要方向,無論是在軍用還是民用領域,它的應用范圍都會十分廣泛,是一種可以在各種電子儀器設備中大規模替代晶體振蕩器的器件。

原子鐘已經為天文、航海、宇宙航行等領域提供了強有力的保障。但是，目前這些器件體積龐大，重量也很大，達幾百千克。要成為平常人可使用的實用功能，原子鐘的尺寸需要大幅縮小，而精度和速度需要被保留。

文章介紹的此類芯片級微型原子鐘最開始是由美國密歇根大學科學家與美國國防部及美國國家標準與技術研究所合作研制，而近幾年國內銣原子鐘廠家也已經自主研制出此類產品，該款原子鐘可以用于手機和其他體積較小的裝置中，微型原子鐘由于耗電量極低在此類集成用法方面將會獲得廣泛應用。

芯片級原子鐘每天走時誤差僅為1毫秒或每274年走時誤差1秒，雖然它沒有NIST-F1原子鐘走時準確，NIST-F1原子鐘每3000萬年走時誤差1秒，但是NIST-F1原子鐘體積龐大，要占地3.7立方米，耗電功率達500瓦。微型芯片原子鐘卻特別微小，它的體積僅為1立方厘米，耗電功率極小，因此它可以由普通電池來供電。新型原子鐘的低能耗是微型化副產品的一部分，它走時由銫原子控制，銫原子周期性改變節拍器的能量狀態。一對銫原子應被加熱到80℃，實驗原子鐘蒸氣室大小總共為0.6立方毫米，將一對銫原子加熱到所需溫度耗時不到3秒和幾毫瓦電。此外，蒸氣室中含有的緩沖氣體會在銫原子與蒸氣室壁相碰撞時減少能耗。

CPT原子鐘是利用原子的相干布局囚禁原理而實現的一種新型原子鐘，由于不再需要微波諧振腔，因此可以做到真正的微型微小化。美國NIST研制的CPT原子鐘物理有的甚至比一粒米還要小。CPT原子鐘被認為可以集成到一個芯片上，可以讓很多方面的設備上升一個甚至多個等級，因此也被稱為芯片尺度原子鐘 chip scale atomic clock （CSAC)），國內也稱之為芯片級原子鐘。他是迄今為止能夠用紐扣電池供電長時間工作的**的一種原子鐘。它在導航定位、計時、同步通信等領域有著廣泛的應用前景。

最小的CPT原子鐘可為手表尺寸，并用紐扣電池供電。由于這些特點，CPT原子鐘在遠程通訊系統定時、大范圍通訊網絡同步、武器裝備的便攜化等軍、民應用方面具有很好的應用前景。例如，CPT頻標應用于GPS接收機，可以顯著提高導航定位精度。歐美等西方國家已經把便攜式和微型化CPT頻標的研發作列入國家戰略發展目標。美國已經有兩種商品CPT頻標上市。

在國內市場，芯片原子鐘主流還是以進口產品和國產銣原子鐘為主，但由于近年來國際局勢緊張和國內的科研水平大步提高，以及此類產品大多用在科研院所，通常都會選用國產設備，除此之外因國際戰事等因素，進口產品貨期大大增加，也不能提供有效的技術支持，嚴重影響了客戶的使用。

在幾年前，cpt銣原子鐘基本都是進口產品，因為此類產品是由國外首發的，也的確滿足了大部分體積小但是需要內置時頻基準的設備，但是近幾年國內科研技術也是日益強大，生產的cpt芯片級原子鐘無論是安裝尺寸和性能方面完全可以代替國外進口的cpt銣原子鐘。

SYN010H型芯片原子鐘是一款基于相干布局囚禁CPT原理實現的芯片級原子鐘，采用國產元器件和工藝研制而成，工作溫度范圍-40℃~+75℃，可在-40℃到+75℃的工作環境范圍內保證PPb 量級的頻率精度，體積小，尺寸40×35×15mm，外形及安裝尺寸兼容SA.45s,是代替國外芯片級原子鐘的理想產品，并具有低功耗、小尺寸、快啟動的優點，廣泛應用于多種便攜式設備及無人值守時頻設備中。

模塊輸出CMOS電平的10MHz方波和1PPS脈沖；短期穩定度優于3E-10/1s，月老化率優于1E-9；穩定功耗<1.5W，最大功耗 3.5W；室溫下，鎖定時間小于1分鐘；外形及安裝尺寸兼容進口主流產品SA.45s，是各大科研單位更換國產銣原子鐘最優選擇；外部 1PPS 馴服，馴服后同步精度優于100ns，保持精度優于5us（馴服24小時后斷開），頻率精度優于5E-12(馴服24小時后)；外部模擬電壓校準，范圍為±1.5E-9，輸入電壓0 ～5V；通過RS-232進行通訊、控制和查詢。

短穩優于每秒3.0E-10、10秒1.0E-10、100秒3.0E-11；相位噪聲最高優于-140dBc/Hz(10KHz)；頻率準確度出廠設置為±5E-11,重現性±5.0E-10,老化率＜±5E-11/日；

該產品具有低功耗、啟動快、壽命長、老化率好等優點。典型應用于便攜式導航、5G通訊及電力設備、測試測量儀器儀表、微型導航定位守時 Micro-PNT 系統等方面。

西安同步電子科技有限公司作為一家專業生產時間頻率設備廠家，具有多年的生產研發經驗，公司的時間頻率測量產品就有幾十種之多，是國內專業的做時間頻率測量儀器設備的廠家，產品性能穩定功能多樣，并且可以根據客戶自身需求要求進行定制?，F在公司已經和多家科研高校研究所、國家級計量單位、省級計量單位以及其他大型計量檢測單位合作，也歡迎新老用戶前來我公司進行調研交流。

本文章版權歸西安同步所有，尊重原創，嚴禁洗稿，未經授權，不得轉載，版權所有，侵權必究！