基于時間拉伸的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn).pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)(DSP）的核心器件，在高速通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)生物成像系統(tǒng)和先進(jìn)實驗室設(shè)備等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，電ADC的采樣率和模擬帶寬受限于采樣時鐘抖動、采樣保持電路建立時間、比較器模糊等因素。近年來，諸多基于光子學(xué)方法的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（PADC）先后被提出，與電ADC相比，它具有較低采樣時鐘抖動、高穩(wěn)定、大帶寬等優(yōu)點?；跁r間拉伸的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換（PTS-ADC）系統(tǒng)是PADC中的一種，雖然有效比特位（E

2、NOB）受限于較大的傳輸損耗，相比于其他PADC系統(tǒng)略低，但可實現(xiàn)超高采樣率和超寬模擬帶寬。本文的研究重點是基于時間拉伸的瞬態(tài)信號光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括：數(shù)字域濾波算法研究、光纖非線性效應(yīng)對系統(tǒng)性能影響、基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)以及PTS-ADC系統(tǒng)樣機(jī)設(shè)計與性能測試。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　首先，本文對PTS-ADC系統(tǒng)鏈路進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析及仿真。重點研究了數(shù)字域濾波算法有效去除頻譜非均勻性導(dǎo)致

3、的模擬信號幅度失真，利用該算法在實驗上得到了拉伸倍數(shù)為8.2、采樣率200GSa/s、最大模擬帶寬65GHz、信噪比24.2dB，有效比特位3.73的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)。緊接著，介紹了瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)樣機(jī)基本架構(gòu)、版圖設(shè)計以及樣機(jī)的實物圖和實驗測試結(jié)果分析。
　　接下來，本文從理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真和實驗驗證三個方面綜合分析了光纖中非線性效應(yīng)對系統(tǒng)性能的影響，包括：系統(tǒng)功率傳輸函數(shù)、載波與諧波功率比（CIR）。結(jié)果表

4、明：第一段色散光纖中的非線性效應(yīng)不會使得被采樣模擬信號失真，相反地會提高系統(tǒng)帶寬和CIR；而第二段色散光纖中的非線性效應(yīng)則會惡化系統(tǒng)性能，應(yīng)予以避免。
　　最后，本文還提出了基于自相位調(diào)制效應(yīng)的瞬態(tài)信號PTS-ADC系統(tǒng)，其主要原理是通過利用色散光纖中的自相位效應(yīng)促進(jìn)色散效應(yīng)對光脈沖時域和頻譜的展寬，不僅減少色散光纖長度，還可提高系統(tǒng)信噪比（SNR）和ENOB。基于自相位調(diào)制效應(yīng)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，所需總色散量由-2790ps/