На ежегодното мероприятие Annual IEEE International Electron Devices Meeting (71-вата

На годишното мероприятие Annual IEEE International Electron Devices Meeting (71-вата годишна среща) беше показано забавно и извънредно обещаващо решение — силициев часовник с акуратност, съвсем сравнима с атомните часовници. Разработката е с порядъци по-малка и доста по-енергийно ефикасна от актуалните атомни часовници, като даже се побира в смарт телефоните, позволявайки на връзката и навигацията да отскочат напред във връзка с скорост и акуратност.

Устройството е основано от откриватели в Мичиганския университет. То е основано на 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 откроява и от актуалните електронни часовници, като тези на SiTime. Тя е по-проста и работи въз основата на фундаменталните закони на физиката, а не на комплицирани електронни схеми.

Новият часовник употребява вибрациите от силициева пластина, покрита с пиезоелектричен филм, с цел да генерира главен сигнал за време. Пробивът е реализиран посредством легиране на силиция с фосфор, което прави материала физически резистентен на температурни промени и разрешава на електрониката интензивно да поправя честотния дрейф.

Вторият пробив беше потреблението на интегриран температурен датчик. Електрониката открива измененията и автоматизирано контролира нагревателя, а също внася корекции във физическите свойства на силициевия филм посредством електрическа смяна на неговата неотстъпчивост, компенсирайки външните въздействия. Честотата остава на практика непрекъсната в температурен диапазон от -40°C до +85°C. След 8 часа работа отклонението е единствено 102 наносекунди, което при линейно мащабиране за една седмица води до дрейф от малко над 2 микросекунди. Това е 100 пъти по-точно от съществуващите търговски MEMS основани генератори (като тези на SiTime).

В съпоставяне с атомните часовници, точността на създаването е с няколко порядъка по-ниска от тази на най-хубавите лабораторни модели, само че е сравнима със стабилността на дребните атомни часовници, като в същото време заемат десетки пъти по-малко място и употребяват 10-20 пъти по-малко сила. Атомните часовници изискват забележителна изолираност от околната среда и се характеризират с висока консумация на сила, което ги прави несъответствуващи за компактни устройства.

Проектът, финансиран от DARPA, има за цел да сътвори часовник, който се отклонява с не повече от 1 µs на седмица. Такъв часовник би могъл да революционизира електрониката в областите, където GPS не е разполагаем, като да вземем за пример в космоса и под водата. В последна сметка ще бъде допустимо да се конфигурират по-точни часовници в смарт телефоните, осигурявайки по-високи скорости за предаване на пакети, което ще бъде търсено в бъдеще с увеличението на скоростта за транспорт на данни.

Препоръчваме ви публикацията ни за това, по какъв начин работи най-точното устройство в света – атомният часовник.