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HRL实验室开发超低功耗恒温控制晶体振荡器为DARPA“高稳原子钟”项目提供支持
2016-12-28
   

[据DARPA网站2016年12月27日报道] 军事电子中通信、导航和战术系统对于时间和同步性的需要极为严格。目前,即使是性能最好的燃料电池原子钟也远称不上理想,问题主要体现为电力循环引起的频率偏差、长期频率漂移,以及温度敏感。根据“高稳原子钟”项目,国防高级研究计划局已授予HRL实验室150万美元,开发向新型高性能低功耗原子钟提供基准频率的超低功耗恒温控制晶体振荡器(OCXO)。

HRL传感器和材料实验室首席科学家表示,实验室将把基于微机电系统的工艺与干式等离子体刻蚀技术结合起来。从而在进行用于超低功耗操作的直接石英加热的同时实现加热器与有源谐振器之间的应力隔离。应力隔离是频率实现更高温度稳性的必要条件。HRL将开发全新的具有低相位噪声特点的高品质因数谐振器。

基于微机电系统的振荡器采用传统的集成在硅基板上的硅谐振器。HRL新型的石英的微机电工艺使采用具有温度补偿功能,且与电子器件拥有同样高集成度的石英基板成为可能,基于石英的器件比硅谐振器的温度稳性高500倍。首席科学家表示,这意味着振荡器在同样补偿机制和同样体积下,拥有更高的性能。

除使电池驱动原子钟具有更好稳定性,从而为国防系统提供支持外,超低功耗恒温控制晶体振荡器技术还可广泛应用于商业和消费类产品。手机、GPS系统目前使用温度补偿石英钟(TCXOs)作为频率参照。OCXO可以提供更好的性能,但同时体积更大且非常耗电。HRL的微机电OCXO如果开发成功,将使各类无线系统可以享受到OCXO的性能,但同时体积和电力需求与最先进的TCXOs相同。首席科学家表示,这将提高手持式导航系统的精度和通信系统的信噪比。通过小型微机电设计和晶圆级工艺,HRL可以在一片晶圆上大量生产振荡器,从而有效降低组装成本。

HRL将把封装工作交给威创克国际,将电子和测试工作交给约翰霍普金斯大学的应用物理实验室。

DARPA研究人员目前授予4家公司合同开展小型、轻量化、低功耗原子钟技术研究,用于开发在GPS拒止环境下可以使用的便携式电池驱动应用产品。 (中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树)

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