「黑膠唱片」晶片   GPS導航與通訊的精確計時

編譯／高晟鈞

美國國家標準與技術研究所（NIST）在計時技術方面取得了微小但巨大的進步，開發出能夠將光無縫轉換為微波的緊湊晶片。該晶片如同兩張迷你黑膠唱片，能提高GPS、電話和互聯網連接的品質、雷達和感測系統的準確性以及依賴高精度計時和通訊等其他技術。

時脈抖動

不論再厲害的音樂家、鼓手或歌手，也不可能永遠保持精確無比的拍子，而微波訊號也是一樣的，這些訊號有時會產生些微波動，這種誤差被稱為時脈抖動（Jitter）。這種誤差會影響數位與類比轉換器的頻比輸出和訊號精確性，在通訊連結中是極度不希望發生的。

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在GPS等導航系統中，訊號的精確性時對於確定位置至關重要，在行動電話和網際網路系統等通訊網路中，多個訊號的精確時間和同步可確保資料的正確傳輸和接收。舉個簡單的例子，是否有過在跨年演唱會時，在上萬人的會場中，手機網路延遲到什麼影片都跑不動的情況?

研究團隊透過「黑膠晶片」技術，成功將時脈抖動降低至15飛秒，可以得到更加穩定、精確的訊號，確保多個電話可以同時透過網路進行，而不會有明顯的延遲或斷線，再也不會舉著手機在頭上亂晃，試圖透過「高人一等」來獲取訊號。

黑膠晶片

這是研究人員首次將曾經桌面大小的系統，縮小到一張小小的晶片上，其大小僅約等於一張相機記憶卡。透過小範圍地減少抖動，該晶片可以減少功耗，並進一步整合至日常電子設備。

目前仍有部分元件（像是雷射、調製器、探測器、光放大器）仍位於晶片外部。該研究的第一階段，主要在於確保所有單獨元件可以穩定地協同工作，接著才是進一步將其整合至晶片上。

第一階段，研究團隊使用半導體雷射充當穩定的光源，並將發射光引導至一微小盒子中。光線會在這個微小房間中反射，其中一些頻率與空腔尺寸匹配的光，會在此頻率下累積能量，用於保持雷射頻率的穩定。最後，頻率梳會將穩定的高頻光轉換為低頻微波訊號。這些精確的微波將對於導航系統、通訊網路和雷達等技術至關重要，提供準確的定時與同步。

「這項技術有各種各樣的應用，從導航到對黑洞等遙遠天體進行成像，這個計畫有助於將低雜訊的訊號帶出實驗室，幫助不同領域的科學家推動研究與科技的進步。」作者Franklyn Quinlan說道。

資料來源:ScitechDaily

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