На 71-вата годишна среща на IEEE International Electron Devices Meeting

На 71-вата годишна среща на IEEE International Electron Devices Meeting беше показано забавно и извънредно обещаващо решение – силициев часовник с акуратност, съвсем сравнима с тази на атомните часовници. Разработката е в порядъци по-малка и доста по-енергийно ефикасна от днешните атомни часовници – до степен да може да се конфигурира в смарт телефони, което ще разреши на връзката и навигацията да създадат огромна крачка напред във връзка с скоростта и точността.

Устройството е основано от откриватели от Мичиганския университет. В основата си то съставлява MEMS (микроелектромеханична система). Часовникът е по-малък от кубче захар, което е в внезапен контрастност с лабораторните атомни часовници с размерите на долап.

Разработката се съпоставя удобно и със актуалните електронни часовници, като да вземем за пример продуктите на SiTime. Нововъведението е по-просто и работи въз основата на фундаментални закони на физиката, а не за сметка на комплицирани електронни схеми. Новият часовник употребява вибрациите на силициева пластина с пиезоелектрична мембрана – това генерира главен сигнал за време. Пробивът е обезпечен посредством докосване на силиция с фосфор, което прави материала физически резистентен на температурни промени и разрешава на електрониката интензивно да поправя честотния дрейф.

Второто изобретение е обвързвано с потреблението на вграден температурен датчик. Електрониката открива измененията и автоматизирано контролира нагревателя и поправя физическите свойства на силициевия филм посредством електрическа смяна на неговата неотстъпчивост, което компенсира външните въздействия. В температурния диапазон от -40 °C до +85 °C честотата е съвсем непроменена. След 8 часа работа отклонението е единствено 102 наносекунди, което при линейно скалиране за една седмица дава отклоняване от малко над 2 микросекунди. Това е 100 пъти по-точно от съществуващите търговски MEMS осцилатори (например тези от SiTime).

В съпоставяне с атомен часовник създаването е с няколко порядъка по-малка акуратност от най-хубавите лабораторни модели, само че е сравнима със стабилността на дребен атомен часовник, като в същото време заема десетки пъти по-малко място и употребява 10-20 пъти по-малко сила. Атомните часовници изискват сериозна изолираност от околната среда и имат висока консумация на сила, което ги прави несъответствуващи за компактни устройства.

Разработката се финансира от DARPA, като задачата е да се сътвори часовник, който да се отклонява с не повече от 1 µs за една седмица. Такива часовници биха могли да трансформират радикално метода на работа на електрониката там, където няма GPS: в космоса и под водата. И най-после, ще стане допустимо инсталирането на по-точни часовници в смарт телефоните, което ще подсигурява усъвършенствани скорости на предаване на пакети, които ще бъдат търсени в бъдеще с увеличението на скоростта на предаване на данни.