Horloge atomique sur puce nouvelle génération
Posted: 10th December 2020
Avec la progression de la communication et de la distribution de données synchrones à l'échelle mondiale et la grande précision requise par les applications autonomes, une plus grande exactitude est devenue la principale préoccupation des ingénieurs de conception. Il est également essentiel de ne pas compromettre les paramètres de conception des applications pour tenir compte des exigences de l'oscillateur embarqué. Ce blog donne un aperçu des technologies traditionnelles et nouvelles en matière d'horloges atomiques.
Lorsqu'ils cherchent un oscillateur offrant à la fois la meilleure stabilité à long terme et une stabilité à court terme à intégrer à un produit, les ingénieurs choisissent souvent un oscillateur rubidium (Rb). Ceux-ci peuvent en effet garantir une excellente stabilité à court terme et une stabilité à long terme (vieillissement), une combinaison réellement exceptionnelle, tout en pouvant être intégrés dans un produit montable sur circuit imprimé.
La physique de la technologie rubidium traditionnelle inclut une lampe Rb, une cellule à vapeur Rb et un capteur de lumière. Elle tire profit de la transition hyperfine des électrons dans les atomes de rubidium pour produire une fréquence de sortie stable.
Cette extraordinaire technologie associe la physique quantique et l'électronique RF pour créer un signal de synchronisation, et seuls des systèmes au césium beaucoup plus grands peuvent la surpasser. Cependant, le concept oblige à chauffer la cellule de vapeur à haute température ce qui peut entraîner une consommation d'énergie élevée de la lampe Rb, et donc une réduction de la durée de vie des oscillateurs rubidium.
Tous ceux qui travaillent dans l'industrie électronique savent que la tendance est à la diminution de la consommation d'énergie et à la réduction de la taille des dispositifs. Il est peut-être temps de se pencher sur une nouvelle technologie...
Il y a près de 20 ans, la Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) et le National Institute of Standards and Technology (NIST) travaillaient pour la première fois sur une horloge atomique sur puce. Il a fallu attendre encore dix ans pour que d'autres commencent à travailler sur une version commerciale du dispositif et proposer des produits basés sur une forme de technologie physique légèrement différente appelée « piégeage cohérent de population » (CPT).
La conception du CPT intègre une cellule à vapeur Rb, mais utilise un laser plutôt qu'une lampe pour exciter les atomes à un état supérieur et détecter le changement d'état quantique.
Cette technologie est très intéressante pour le monde de la conception d'oscillateurs. Elle l'est encore plus pour ceux qui recherchent la meilleure stabilité à long terme et à court terme dans un oscillateur, associée à forte réduction de la consommation d'énergie et de la taille du produit, car elle a été spécialement développée pour les applications où la taille, la consommation d'énergie et la dissipation de chaleur sont des priorités de conception incontournables. La conception CPT convient parfaitement à une utilisation dans une horloge grand-maître, une horloge PRTC (primary time reference clock) ou une horloge limite dans une hiérarchie de réseau sur protocole PTP (precision time protocol), où l'installation dans un boîtier rack 1U est indispensable. En outre, ce dispositif ne générant que peu de chaleur en fonctionnement, il est idéal pour les applications qui ne réclament pas de refroidissement par air forcé.
Si vous recherchez une horloge atomique sur puce (CSAC) nouvelle génération, IQD propose dorénavant l'ICPT-1, une parfaite addition au portefeuille d'oscillateurs rubidium de la société.
Ce produit ne mesure que 14,5 mm de haut, consomme 1,6 W et fonctionne sur une alimentation de 3,3 V, cette tension permettant de développer des systèmes avec un seul rail d'alimentation. Le dispositif est livré avec une sortie CMOS à ondes carrées, ce qui réduit la nécessité de circuits supplémentaires, car il s’intègre facilement à l'architecture du système existant.