OCXOの安定性を超えて、その先へ。Microchip社の「超小型組み込み原子時計」

Microchip社の「組み込み原子時計」は、OCXOを超える安定性と環境耐性を提供します 。究極の小型・低消費電力（SWaP）を誇るCSACと、優れたホールドオーバー性能を持つMACが、5Gや防衛など次世代システムの課題を解決します 。本ページでは、お客様のシステム要件に応じた最適な選択肢をご提案するため、各製品の特長を以下にまとめております。

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高精度な時刻同期が求められるシステムにおいて、恒温槽付水晶発振器（OCXO）は、その卓越した安定性から長年にわたり最適な選択肢とされてきました。OCXOは今なお多くのアプリケーションで中核を担う、信頼性の高い基盤技術です。

しかし、近年、GNSSが使えない環境での自律航法（A-PNT）や、より過酷な環境下での長時間運用（ホールオーバー）、5G通信網における更なる同期精度のニーズなど、従来のOCXOの性能の枠を超える要求が生まれています。

組み込み原子時計は、電子回路基板に直接取り付けることを想定して設計されており、小型で低背なパッケージが特長です。

この技術革新を可能にしたのが、「コヒーレント・ポピュレーション・トラッピング（CPT）」と呼ばれる最先端技術です。従来の発振器で用いられていたランプに代わり、特定の性質を持つレーザー光を原子に照射することで、極めて安定した周波数を生み出す画期的な方式です。

この技術により、原子時計の心臓部である物理パッケージを大幅に小型化し、低消費電力化に成功。サイズ・重量・電力（SWaP）の観点で、これまでの常識を覆す性能を実現しました。

1. 究極のSWaP（サイズ、重量、電力）を追求するなら | CSAC SA.65

CSAC（Chip-Scale Atomic Clock）は、原子時計の中で最小・最軽量・最も低消費電力の製品です。その比類なきSWaP特性は、OCXOでは搭載が困難だった小型・バッテリー駆動のアプリケーションに、原子時計クラスの精度と安定性をもたらします。

【CSAC SA.65の主な特長】

• 世界最高の低消費電力: 動作時の消費電力は120 mW。これは従来の原子時計の常識を覆す数値であり、長時間のバッテリー駆動を可能にします。
• 圧倒的な小型・軽量: 体積は17 cc、重量は35gと極めてコンパクトです。サイズは約40.6 × 35.3 × 11.4 mmを実現しています。
• 優れた短期的・長期的安定性: 短期安定性（アラン分散）はT=1sで3.0×1E-10、長期的なエージング率は月間 9.0×1E-10 という高い精度を誇ります。
• 広い動作温度範囲と耐環境性能:-40℃から＋80℃の広範な温度範囲で動作し、温度変化による周波数変動も最小限（±3.0×1E-10）に抑えられています。
• 高度な同期機能: 10 MHzのCMOS出力に加え、1PPSの入出力を備えています。外部リファレンスに対して±100nsの精度で位相同期を行うことが可能です。
• 迅速なロックタイム: 電源投入から180秒以内に安定した状態へロックします。
• 頑強な設計: 1000gの衝撃試験をクリアしており（MIL-STD-202-213A）、過酷な振動条件下でもロックを維持します。

【主なターゲット市場】

• 防衛: ソフトウェア無線機、ドローン、対IEDジャミングシステム
• 産業・科学: 水中センサーシステム、海底地震探査、自律型センサーネットワーク
• 測位: GNSS受信機の補完、自律走行車

2. ホールドオーバー性能と環境耐性を重視するなら | MAC-SA.5X

MAC (Miniature Atomic Clock)は、OCXOと同等のサイズ感でありながら、ルビジウム発振器の卓越した安定性を実現するソリューションです。特にGNSSが途絶した際のホールドオーバー性能や、振動・温度変化に対する耐性において、OCXOを大きく上回る性能を発揮します。

【MAC-SA.5Xの主なメリット】

• 卓越したホールドオーバー性能: GNSS信号が途絶した後、3日が経過した時点でも時間誤差を劇的に抑制。通信インフラやデータセンターの継続運用に貢献します。
• 優れた耐G・耐振動性能: 航空機の旋回や激しい振動下でも、水晶ベースのOCXOのような周波数ジャンプがほとんど起こりません。

急激な温度変化への耐性: 周囲温度が激しく変化する環境下でも、MACは時間誤差をナノ秒単位に抑え込み、システムの同期を維持します。

【主なターゲット市場】

• 通信・データセンター: 5G基地局、データセンター
• 航空宇宙: 軍用機のアビオニクス、ミッションクリティカルな通信
• 計測: 高精度な試験・測定装置、周波数標準器

OCXOが多くのアプリケーションで優れたコストパフォーマンスを発揮する一方で、より厳しい「SWaPサイズ、重量、電力）」や「環境耐性」が求められる現場では、Microchip社の組み込み原子時計が新たなスタンダードとなります。

• ポータブル性、超低消費電力を最優先するなら「CSAC SA.65」

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• 過酷な環境下でのホールドオーバー性能を重視するなら「MAC-SA.5X」

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システムの要求仕様に対し、最適なタイミングデバイスを選択することが、製品の競争力を高める鍵となります。貴社の次世代システム開発に、マイクロチップ社の原子時計テクノロジーをぜひご検討ください。

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著者名

会社名：丸文株式会社
部署名：アントレプレナ事業本部　イーリスカンパニー　測位タイミング課
執筆者名：加藤 康平

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