宽带高精度光子模数转换系统中的频综模块设计与实现
发布时间：2020-06-18 14:39
【摘要】：新一代的雷达、通信、电子侦察等电子信息系统对模数转换器的带宽、速率和精度的要求越来越高。然而,传统的电模数转换器的性能受限于带宽和时间抖动等“电子瓶颈”,较难满足上述要求。为了解决上述问题,微波光子技术被应用到模数转换技术中(即光子模数转换技术)。光子模数转换系统凭借着低时间抖动和大带宽的优势,可同时提高采样速率、采样带宽和有效比特位。时间交织光子模数转换系统的后端电量化和数字信号处理过程中受光电子器件一致性和通道失衡等影响,实现宽带模数转换时的量化精度受到限制。为了克服此限制,本文介绍了一种基于并行解复用的光子模数转换系统架构,设计并实现了一种可用于该光子模数转换系统架构的频综模块。主要研究工作如下:1.针对并行解复用的光子模数转换系统,设计了一种频综模块实现方案。该模块能够向光子模数转换系统中的并行解复用模块提供所需的驱动信号,从而实现对光脉冲序列的并行解复用处理。在设计频综模块的过程中,充分考虑了整个系统对驱动信号性能的需求,并根据这些需求采用了基于多级分频线路的并行架构。该架构具有效率高、测试方便、布局分明等优点。最后,根据该架构的特点和驱动信号的性能要求,提出了频综模块的多种测试指标。2.根据频综模块的架构和测试指标,优化了模块内部器件的参数和选型。对各个内部器件进行逐一测试,以评估所选器件的性能指标。最后,通过优化频综模块中的分频线路布局,利用这些性能达标的器件搭建了一个完整的频综模块,并完成对整个频综模块的综合测试。测试结果表明,频综模块提供的驱动信号的谐波抑制比超过55d B、信噪比超过60d B,满足设计的要求。3.完成了频综模块和光子模数转换系统的联调实验,并探究了频综模块对光子模数转换系统性能的影响。在实验过程中,通过优化设计频综模块的内部器件以调节光开关阵列的并行解复用性能,从而改善PADC输出的有效比特位数(Effective Number of Bits,ENOB)。最后测试了基于并行解复用的光子模数转换系统的整体性能,测试结果表明,在频率分别为9.812GHz和35.412GHz的微波信号的模拟输入下,该光子模数转换系统的单通道的有效比特位分别达到了7.73和6.9。联调实验的结果表明,采用多级分频线路的频综架构能满足光子模数转换系统对驱动信号性能的需求,证明了频综模块的可行性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN792
【图文】：
该系统在 PADC 系统的发展历程中具有划时代的意义。该系统架构和输出结果如图1-3 所示。在该系统中，通过由若干马赫-增德尔干涉仪构成的阵列实现对微波信号的电光采样。在该方案中，采样速率为 1GSa/s 时 ENOB 达到 4 位，采样速率为 10GSa/s 时 ENOB 达到 3 位。该方案中由于半波电压的限制[17]，严重影响了PADC 系统 ENOB 的提高，同时在集成化方面存在缺陷。基于该方案，后人提出了多种改进设计[18-26]。图 1-3 基于集成的马赫-增德尔调制器阵列的 PADC 系统和输出结果[16]Fig1-3 The PADC based on integrated MZM arrays and its output results[16]进入上世纪 90 年代后，解复用技术[27-31]开始应用于光子模数转换系统的设计中。在基于这类技术的 PADC 系统中，采用高速、高精度的光脉冲序列进行采样，同时通过解复用器件，将采样信号并行化后进行后期处理，从而降低了后端量化过程中器件的性能要求。图 1-4 展示了一种基于解复用技术的 PADC 系统。在该系统中
图 1-4 基于解复用技术的 PADC 系统架构[25]Fig.1-4 The architecture of PADC using demultiplexing method[25]图 1-5 基于解复用技术的 PADC 系统的实验架构[31]Fig.1-5 Schematic layout for the PADC based on demultiplexers[31]随着光子集成技术的产生，PADC 系统开始向集成化的方向发展。2011 年，Matthew 提出了一种基于光子集成技术的 PADC 系统[32]。在图 1-6 中展示了该系
本文编号：2719411
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN792
【图文】：
该系统在 PADC 系统的发展历程中具有划时代的意义。该系统架构和输出结果如图1-3 所示。在该系统中，通过由若干马赫-增德尔干涉仪构成的阵列实现对微波信号的电光采样。在该方案中，采样速率为 1GSa/s 时 ENOB 达到 4 位，采样速率为 10GSa/s 时 ENOB 达到 3 位。该方案中由于半波电压的限制[17]，严重影响了PADC 系统 ENOB 的提高，同时在集成化方面存在缺陷。基于该方案，后人提出了多种改进设计[18-26]。图 1-3 基于集成的马赫-增德尔调制器阵列的 PADC 系统和输出结果[16]Fig1-3 The PADC based on integrated MZM arrays and its output results[16]进入上世纪 90 年代后，解复用技术[27-31]开始应用于光子模数转换系统的设计中。在基于这类技术的 PADC 系统中，采用高速、高精度的光脉冲序列进行采样，同时通过解复用器件，将采样信号并行化后进行后期处理，从而降低了后端量化过程中器件的性能要求。图 1-4 展示了一种基于解复用技术的 PADC 系统。在该系统中
图 1-4 基于解复用技术的 PADC 系统架构[25]Fig.1-4 The architecture of PADC using demultiplexing method[25]图 1-5 基于解复用技术的 PADC 系统的实验架构[31]Fig.1-5 Schematic layout for the PADC based on demultiplexers[31]随着光子集成技术的产生，PADC 系统开始向集成化的方向发展。2011 年，Matthew 提出了一种基于光子集成技术的 PADC 系统[32]。在图 1-6 中展示了该系
【参考文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 杨淑娜;新型光子模数转换技术的研究[D];浙江大学;2010年
本文编号：2719411
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