Na 71ª Reunião Anual Internacional de Dispositivos Eletrônicos do IEEE, foi apresentada uma solução interessante e extremamente promissora: um relógio de silício com precisão quase comparável à dos relógios atômicos. O dispositivo é ordens de magnitude menor e significativamente mais eficiente em termos de energia do que os relógios atômicos modernos, permitindo inclusive sua instalação em smartphones, o que possibilitará um salto em velocidade e precisão nas comunicações e na navegação.
Fonte da imagem: Matthew Parker
O dispositivo foi criado por pesquisadores da Universidade de Michigan. Ele é baseado em um MEMS (sistema microeletromecânico). O relógio é menor que um cubo de açúcar, um contraste marcante com os relógios atômicos de laboratório do tamanho de um gabinete. O desenvolvimento também se destaca dos relógios eletrônicos modernos, como os da SiTime. É mais simples e opera com base em leis fundamentais da física, em vez de circuitos eletrônicos sofisticados.
O novo relógio usa vibrações de uma pastilha de silício revestida com uma película piezoelétrica para gerar um sinal de tempo básico. O avanço foi alcançado dopando o silício com fósforo, tornando o material fisicamente resistente a mudanças de temperatura e permitindo que a eletrônica corrija ativamente a deriva de frequência.
Uma segunda característica fundamental foi o uso de um sensor de temperatura integrado. A eletrônica detecta mudanças e ajusta automaticamente o aquecedor, além de ajustar as propriedades físicas da película de silício, alterando eletricamente sua rigidez, compensando influências externas. A frequência permanece praticamente constante em uma faixa de temperatura de -40 °C a +85 °C. Após 8 horas de operação, o desvio é de apenas 102 nanossegundos, o que, quando escalado linearmente ao longo de uma semana, resulta em uma deriva de pouco mais de 2 microssegundos. Isso é 100 vezes mais preciso do que os osciladores MEMS comerciais existentes (por exemplo, da SiTime).
Comparado aos relógios atômicos, a precisão deste desenvolvimento é várias ordens de magnitude inferior aos melhores modelos de laboratório, mas é comparável à estabilidade de relógios atômicos em miniatura, ocupando dezenas de vezes menos espaço e consumindo de 10 a 20 vezes menos energia.Menos consumo de energia. Os relógios atômicos exigem um isolamento significativo do ambiente e consomem muita energia, o que os torna inadequados para dispositivos compactos.
O desenvolvimento é financiado pela DARPA com o objetivo de criar relógios que apresentem um desvio de no máximo 1 μs por semana. Esses relógios poderiam mudar fundamentalmente o funcionamento de eletrônicos em áreas onde o GPS não está disponível, como no espaço e debaixo d’água. Por fim, será possível instalar relógios mais precisos em smartphones, garantindo taxas de transferência de pacotes mais altas, o que será essencial no futuro, à medida que as taxas de dados aumentarem.