SA45s: Reloj atómico en un chip

Hace pocos años, creer que un reloj atómico podía llegar a caber dentro de un teléfono móvil o un GPS moderno podía parecer un hecho de ciencia ficción. Más aún si nos alertaban de que podía tener un tamaño mucho menor al de un pen drive. El CSAC SA.45s de Symmetricom es el primer chip disponible comercialmente en el mundo que incorpora un completo reloj atómico en un volumen de tan sólo 16 centímetros cúbicos. Listo para soldar en un PCB, utiliza una alimentación de 3,3Volts y entrega una oscilación de 10Mhz con una deriva de 3E-10 segundos en un mes. Sorprendido, ¿verdad? Continúa leyendo y verás cómo el precio te sorprende aún más.

El reloj atómico CSAC SA.45s (Chip Scale Atomic Clock) reivindica el título de Symmetricom de ser el constructor de los osciladores atómicos más pequeños de la industria. El dispositivo tiene un volumen de tan sólo 16 cm cúbicos (4cm. x 3,5cm x 1,14cm), pesa sólo 35 gramos y requiere de apenas 115 mW de potencia energética para funcionar. Este diminuto dispositivo proporciona una precisión de tiempo de dos órdenes de magnitud respecto a las mejores soluciones de alta potencia con base de cuarzo a las que puede reemplazar. Está dirigido a aplicaciones portátiles de alta gama que requieren: sincronización y precisión en el manejo de los tiempos en entornos donde los sistemas GPS no alcanzan a llegar (aplicaciones submarinas), sensores geofísicos, GPS de aplicaciones militares portátiles capaces de operar en áreas donde las señales satelitales son bloqueadas de manera intencional, vehículos aéreos no tripulados, radios de última generación y una multitud de aplicaciones que necesiten mantener un patrón de tiempo estable y exacto.

Disponible en rangos de temperatura estándar y militares, los CSAC no requieren mantenimiento. El dispositivo se puede soldar directamente a una tarjeta de circuito impreso con sus pines (through hole) y funciona a partir de una fuente estándar de 3.3 Volts que le permite proporcionar una salida de onda cuadrada de 10 MHz  y de alta impedancia, compatible con los estándares de niveles CMOS de tensión. Además de poseer una entrada de sincronización para lograr una precisión respecto a un patrón horario de +/- 50ns, el SA.45s posee una interface de entrada de puerto serie RS232 que le permite conectarse a un ordenador para ser programado (hora exacta, día, mes, año) o para su control de mantenimiento y calibración. Dentro de las programaciones admitidas por el SA.45s se encuentra la posibilidad de operar en el modo Ultra–Low Power (consumo ultra bajo) donde el sistema pasa a consumir por debajo de los 50mW de potencia. En esta situación, el dispositivo queda funcionando de manera libre como si fuera un TCXO, pero bastará que vuelva al modo normal para que en 120 segundos el sistema se recupere y regrese a su modo de funcionamiento habitual.

Este pequeño reloj está preparado físicamente para sobrevivir a un choque de hasta 500G en cualquier eje, y cada unidad se ensaya para cumplir con el perfil de vibración de la norma MIL-STD-810, Método 514.5, Procedimiento 1, Categoría 24. Los osciladores atómicos (Atomic Clocks) emplean un principio fundamental de la física que define la hora exacta en todo el mundo. Cuando los átomos de ciertos elementos como el Hidrógeno, el Cesio o el Rubidio (el más utilizado) son excitados eléctricamente y entran en resonancia, lo hacen a una frecuencia bien definida (que varía según el material) y con una estabilidad sorprendente. Por supuesto, el funcionamiento de este tipo de osciladores es totalmente diferente al sistema piezoeléctrico que estamos acostumbrados a utilizar en nuestros desarrollos con microcontroladores. Por último, y como te adelantamos en el sumario, el precio puede ser un freno a las posibilidades de utilización masiva ya que cada unidad está cotizada en U$S 1500 (algo más de 1100€). Lo importante, sin dudas, es saber que estos elementos existen y que pueden estar al alcance de la gente común, como nosotros, cuando nos llegue la hora soñada de ser diseñadores de sistemas industriales o militares que excedan el simple entretenimiento.