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

Когда термостатированного OCXO недостаточно, следующий шаг — атомарный эталон. Выше высококлассного OCXO есть три уровня: чиповые атомарные часы (CSAC), часы на когерентном заселении уровней (CPT) и традиционные рубидиевые. Каждая занимает свою точку компромисса между мощностью, размером, стабильностью и ценой.

High-End OCXO — The Baseline

Сверхвысокостабильный OCXO (серии KOT/KOS) даёт ±0,01 ppb по температуре и ADEV около 1E-13 на 1 с. Потребляет 100–600 мВт, греется несколько минут и стоит сотни долларов. Это правильный выбор для приложений, где температура контролируется, а удержание измеряется часами, а не сутками.

CSAC — Chip-Scale Atomic Clock

CSAC (например KCSA35) использует миниатюрную рубидиевую паровую ячейку на кремниевом кристалле. Потребляет всего 130 мВт — достаточно мало для питания от батареи — и обеспечивает удержание около 5 мкс за 24 ч при старении ниже 1E-10 в месяц. Запускается менее чем за минуту и укладывается в корпус 35×35 мм.

Компромисс: фазовый шум выше, чем у хорошего OCXO (порядка -140 дБц/Гц на 1 кГц), и кратковременная ADEV хуже. CSAC — решение для удержания, а не малошумящий эталон.

CPT Clock — Mid-Grade Atomic

CPT-часы (KCPTA50) используют когерентное заселение уровней в рубидиевой ячейке. Потребляют около 3 Вт, обеспечивают удержание менее 1 мкс за 24 ч в широком диапазоне температур (-40…+80 °C) при температурной стабильности около ±5E-11. Располагаются между CSAC и традиционным рубидием: лучше удержание, чем у CSAC, и намного меньше мощность и размер, чем у рубидия.

Rubidium — The Laboratory Standard

Рубидиевый генератор (серия KRA) использует газоразрядную рубидиевую ячейку и физический пакет для стабилизации кристалла на атомном резонансе Rb. Обеспечивает старение около 5E-11 в месяц, фазовый шум, сравнимый с высококлассным OCXO, и срок службы 20+ лет. Компромисс — мощность (5–20 Вт), время прогрева (5–15 минут) и цена (тысячи долларов).

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.