AN-005: CSAC vs Rubidium vs OCXO

Application Note AN-005 · By KCCS Engineering Team · Updated 2026 · 8 min read

The Four Timing Reference Options

Cuando un OCXO con horno no es lo suficientemente estable, el siguiente paso es una referencia atómica. Hay tres grados por encima de los OCXO de gama alta: reloj atómico de chip (CSAC), reloj de atrapamiento coherente de población (CPT) y rubidio tradicional. Cada uno ocupa un compromiso diferente entre potencia, tamaño, estabilidad y coste.

High-End OCXO — The Baseline

Un OCXO ultra-estable (serie KOT/KOS) ofrece ±0,01 ppb en temperatura y ADEV alrededor de 1E-13 a 1 s. Necesita 100–600 mW, tarda unos minutos en calentar y cuesta cientos de dólares. Es la respuesta correcta para cualquier aplicación donde la temperatura está controlada y el holdover se mide en horas, no en días.

CSAC — Chip-Scale Atomic Clock

Un CSAC (como KCSA35) usa una mini-célula de vapor de rubidio en un chip de silicio. Consume solo 130 mW — lo suficientemente bajo para funcionamiento con batería — y ofrece holdover de ~5 μs en 24 h, con envejecimiento por debajo de 1E-10 al mes. Arranca en menos de un minuto y cabe en un encapsulado de 35×35 mm.

El compromiso: el ruido de fase es mayor que un buen OCXO (alrededor de -140 dBc/Hz a 1 kHz), y la ADEV a corto plazo es peor. CSAC es una solución de holdover, no una referencia de bajo ruido.

CPT Clock — Mid-Grade Atomic

Un reloj CPT (KCPTA50) usa atrapamiento coherente de población en una célula de rubidio. Consume alrededor de 3 W, ofrece holdover por debajo de 1 μs en 24 h sobre un amplio rango de temperatura (-40 a +80 °C), y tiene estabilidad de temperatura alrededor de ±5E-11. Se sitúa entre un CSAC y un rubidio tradicional: mejor holdover que CSAC, mucho menos consumo y más pequeño que el rubidio.

Rubidium — The Laboratory Standard

Un oscilador de rubidio (serie KRA) usa una célula de gas de rubidio y un paquete físico para sincronizar el cristal con la resonancia atómica de Rb. Ofrece envejecimiento alrededor de 5E-11 al mes, ruido de fase comparable a un OCXO de alta gama, y 20+ años de vida útil. El compromiso es la potencia (5–20 W), el tiempo de calentamiento (5–15 minutos) y el coste (miles de dólares).

Decision Criteria

Use OCXO if: temperature is controlled, holdover window is hours, and you need the lowest phase noise.

Use CSAC if: GNSS is unreliable, battery operation is required, and you need sub-microsecond holdover over days.

Use CPT if: wide temperature range and outdoor deployment matter more than absolute power, and you want better holdover than CSAC without rubidium cost.

Use Rubidium if: this is a lab reference, a broadcast studio, or a long-haul telecom node that needs the best long-term stability regardless of power and size.