一种实现百分之八parts-per-trillion稳定性的微机械频率参考器
应用物理
2026-05-12 v1 光学
摘要
微机电学（MEMS）共振器在计时应用中广泛使用，近期在制造、材料和封装技术方面的进展提升了其作为高稳定性频率参考器的潜力。然而，对于需要最高水平长期频率稳定性的保持后备应用，紧凑型蒸发原子钟仍占据主导地位。本文演示了一款 268 MHz MEMS 时钟，实现了约 8 parts-per-trillion 的分数频率稳定性（以 8 小时平均时间为准），与芯片级原子钟持相当水平。我们采用单晶硅电静力共振器，其目前尚无已知的固有漂移机制，并通过 wafer 级封装保护免受环境影响。我们特别指出，传统相位锁定振荡器架构中主导限制因素来自维持电子器件的增益变化——这种变化源于温度敏感性和电子器件漂移——并通过基于双频共振跟踪（DFRT）的频率锁定环路架构予以克服。这种新颖方法将支持电子器件的特定增益从频率决定变量中移除。结合双模跟踪和共振器的比率温度稳定，该方法实现了长期频率稳定性的 dramatic 提升，确立了无增益相关的 DFRT 锁定作为高稳定性 MEMS 时钟的通用范式。
引用
@article{arxiv.2605.08118,
title = {A micromechanical frequency reference with parts-per-trillion holdover stability},
author = {Jie Yan and Jintark Kim and Rakibul Islam and Jiawei Yang and Karim Elmeligy and Alkim Bozkurt and Thomas W. Kenny and Pavan K. Hanumolu and Gaurav Bahl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.08118},
year = {2026}
}