超小型MEMS原子钟适用于智能手机

据麦姆斯咨询报道，日本国家信息与通信研究院（NICT）与东北大学和东京工业大学展开合作，并成立压电材料相关研究小组。近期，该研究小组成功开发了一款超小型原子钟系统，与现有的原子钟相比，它的频率稳定性要高出一个数量级。因为这款创新的原子钟具有小尺寸、低功耗等优点，非常适合智能手机应用，同样也可用于传感器网络和机器人控制系统。

该研究小组开发了一种使用压电薄膜谐振器（FBAR）的微波振荡器，该谐振器在3．5GHz频带内表现出优异的谐振性能，可作为原子频率标准。此外，由于无需使用外部连接晶体振荡器或PLL倍频电路，因此外围电路配置非常简单。

 

MEMS原子钟原理概况和微波振荡器组成（来源：NICT）

与商用原子钟相比，这款创新的MEMS原子钟芯片面积可减少约30％，功耗可降低约50％。目前，压电薄膜谐振器（FBAR）和放大器通过引线键合，但将来可将二者集成于单芯片。

 

压电薄膜谐振器和放大器通过引线键合方式连接（来源：NICT）

据该研究小组介绍，这款MEMS原子钟性能（频率稳定性）比商业原子钟提高了一个数量级以上。该FBAR振荡器的特性评估结果显示，在3．4GHz频带中拥有良好的振荡性能。而且，发现在1MHz偏移频率处的相位噪声是140dBc ／ Hz。

 

FBAR振荡器的特性（来源：NICT）

 

MEMS原子钟频率稳定性的评估结果（来源：NICT）

展望未来，该研究小组计划简化和集成数字控制系统，进一步降低系统功耗，并将加快研发进度，尽早实现从实验室样品到可量产芯片化原子钟的蜕变。

审核编辑：符乾江