據(jù)報道，日本國家信息與通信研究院（NICT）與東北大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)展開合作，并成立壓電材料相關(guān)研究小組。近期，該研究小組成功開發(fā)了一款超小型原子鐘系統(tǒng)，與現(xiàn)有的原子鐘相比，它的頻率穩(wěn)定性要高出一個數(shù)量級。因為這款創(chuàng)新的原子鐘具有小尺寸、低功耗等優(yōu)點，非常適合智能手機應(yīng)用，同樣也可用于傳感器網(wǎng)絡(luò)和機器人控制系統(tǒng)。

該研究小組開發(fā)了一種使用壓電薄膜諧振器（FBAR）的微波振蕩器，該諧振器在3.5GHz頻帶內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的諧振性能，可作為原子頻率標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于無需使用外部連接晶體振蕩器或PLL倍頻電路，因此外圍電路配置非常簡單。

MEMS原子鐘原理概況和微波振蕩器組成（來源：NICT）

與商用原子鐘相比，這款創(chuàng)新的MEMS原子鐘芯片面積可減少約30％，功耗可降低約50％。目前，壓電薄膜諧振器（FBAR）和放大器通過引線鍵合，但將來可將二者集成于單芯片。

壓電薄膜諧振器和放大器通過引線鍵合方式連接（來源：NICT）

據(jù)該研究小組介紹，這款MEMS原子鐘性能（頻率穩(wěn)定性）比商業(yè)原子鐘提高了一個數(shù)量級以上。該FBAR振蕩器的特性評估結(jié)果顯示，在3.4GHz頻帶中擁有良好的振蕩性能。而且，發(fā)現(xiàn)在1MHz偏移頻率處的相位噪聲是140dBc / Hz。

FBAR振蕩器的特性（來源：NICT）

MEMS原子鐘頻率穩(wěn)定性的評估結(jié)果（來源：NICT）

展望未來，該研究小組計劃簡化和集成數(shù)字控制系統(tǒng)，進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗，并將加快研發(fā)進(jìn)度，盡早實現(xiàn)從實驗室樣品到可量產(chǎn)芯片化原子鐘的蛻變。