قامت شركة "سيكو إبسون" (رمزها في بورصة طوكيو: 6724 "إبسون") بتطوير مذبذب بلوري مُدار حرارياً (OCXO) من طراز (OG7050CAN) يستهلك طاقة كهربائية أقل بنسبة 56% مقارنة بالجيل السابق من منتجات إبسون (السلسلة OG1409). وتبلغ أبعاد المذبذب البلوري المُدار حرارياً الجديد 7.0×5.0 ميليمتر وارتفاعه 3.3 ميليمتر، ويتسم بأنه أصغر بنسبة 85% من المنتجات السابقة من حيث حجمه التكعيبي.

 

المنتج الجديد (OG7050CAN)

 

وغالباً ما تخضع مصادر الإشارة المرجعية في المنشآت الأساسية للاتصالات السلكية واللاسلكية مثل المحطات القاعدية ومراكز البيانات إلى معايير صارمة للدقة والاستقرار. ويتم استخدام المذبذبات البلورية المُدارة حرارياً كمصدر إشارة مرجعية في مثل هذه التطبيقات بسبب مستويات الاستقرار العالية التي تتسم بها. ويتم إبقاء المذبذبات البلورية في حجرات مُدارة حرارية ("الفرن")، ويتم المحافظة على درجة الحرارة داخل الفرن حتى خلال تغيرات درجات الحرارة في المنطقة المحيطة ما يقلل من انحرافات التردد.

 

وتواصل حركة بيانات الاتصالات نموها مدفوعة بإطلاق أنظمة الاتصالات من الجيل الخامس (5G)، وانتشار إنترنت الأشياء، واستخدام الذكاء الاصطناعي في مراكز البيانات، وخدمات الجيل السادس (6G) المقبلة. ومن المتوقع أن تسهم هذه التغيرات في زيادة حادة في استهلاك الطاقة الكهربائية في المحطات القاعدية ومراكز البيانات، وزيادة الطلب على المذبذبات البلورية المُدارة حرارياً ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة كمصادر إشارة مرجعية.

 

إلى اليسار: المنتج السابق. إلى اليمين: المنتج الجديد

 

وبهدف تلبية هذا الطلب، اعتمدت إبسون على تقنياتها المتطورة في مجالات الأجهزة البلورية وأشباه الموصلات والتركيب وذلك من أجل تطوير مذبذب بلوري مُدارة حرارياً يقوم باستهلاك طاقة كهربائية أقل بنسبة 56%، وأصغر بنسبة 85% من المنتجات السابقة.

 

وكان هذا التطوير ممكناً بفضل تصغير حجم الفرن، ووحدة القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC).

 

الهيكل الداخلي للمذبذب البلوري المُدار حرارياً التقليدي (صورة مفهوم).

 

وبخلاف القطع البلورية المعوضة للحرارة (AT) المستخدمة في المذبذبات البلورية العادية، فإن القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC) مستقرة للغاية ومقاومة للصدمات الحرارية والاهتزازات. وكانت المنتجات السابقة تستخدم قطع بلورية معوضة للإجهاد (SC) بقطر 6 مم، ما يتطلب فرناً كبيراً وكمية كبيرة من الطاقة للمحافظة على ثبات درجات الحرارة. وبهدف إيجاد حل لهذه المشكلة، أعادت شركة إبسون تصميم القطع البلورية باستخدام هيكل مستطيل بدلاً من هيكل دائري. ولم تنجح الشركة في خفض حجم القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC) بنسبة 90% فحسب، بل نجحت أيضاً في تحسين الأداء وتقليل استهلاك الطاقة، كما ساعدت عملية إعادة التصميم على تقليل الحجم التكعيبي للفرن بنسبة 96% مقارنة بالمنتجات السابقة.

 

وكان الوصول إلى هيكل فرن منخفض الطاقة من التحديات الأخرى التي واجهت المطورين، ولذلك، فقد قامت إبسون بتطوير وتحسين الدائرة المتكاملة للمذبذب والدائرة المتكاملة للسخان من أجل إبقاء القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC) داخل الفرن عند درجات حرارة ثابتة مع القيام في ذات الوقت بتقليل استهلاك الطاقة الكهربائية. وتم تثبيت الفرن داخل المذبذب البلوري المُدار حرارياً (OCXO) بمادة لاصقة ذات موصلية حرارية منخفضة بهدف تحسين العزل الداخلي، الأمر الذي ساعد في الحد من ضياع الحرارة من الدائرة المتكاملة للسخان والإبقاء على الاستهلاك المنخفض للطاقة الكهربائية. وبفضل استخدام أداة رقمية للتحكم في درجة حرارة القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC) بدلاً من أداة تناظرية تقليدية، فقد تمكن المطورون من الحفاظ على استقرار درجة حرارة القطع البلورية على نحو أفضل حتى عند تقلّب درجات الحرارة المحيطة، الأمر الذي يقلل خصائص التردد/درجة الحرارة للمذبذب البلوري المُدار حرارياً (OCXO) من ±50×10-9 إلى ±3×10-9.

 

المنتجات السابقة: 0.43 وات عند 25 درجة مئوية. المنتج المطور: 0.2 وات عند 25 درجة مئوية.

 

وأدت هذه التطويرات إلى تقديم مذبذب بلوري مُدار حرارياً عالي الدقة، ويستهلك طاقة كهربائية أقل بنحو 56% (0.2 وات عند 25 درجة مئوية) مقارنة بالمنتجات السابقة، وأصغر بنسبة 85% (7.0×5.0 ميليمتر). ويتيح هذا الخفض في استهلاك الطاقة الكهربائية إمكانية استقرار القطع البلورية المعوضة للإجهاد (SC) بسرعة أكبر، وتقليل استقرار التردد عند بدء التشغيل وذلك بمُعامل 5 أو أكثر مقارنة بالمنتجات.

 

وتجدر الإشارة إلى أن عينات المذبذب البلوري المُدار حرارياً ستكون متوافرة اعتباراً من شهر أبريل من عام 2025.