高速光模数转换后端电处理与信号恢复技术研究
  • 【摘要】

    模数转换器(Analog-to-digital Converter, ADC)是连接模拟信号与数字信号的桥梁.在超宽带雷达、宇宙探测、天文观测等领域中包含大量超宽带模拟信号,其中蕴含了丰富的信息,因此对超宽带信号的采集及数字化速度提出了更高的要求.虽然电ADC性能也在逐步提高,但仍然无法满足超宽带信号采集和数字化系统的要求,并且由于受到"电子瓶颈"(采样时钟的抖动以及比较器模糊度)的限制,继续提高... 展开>>模数转换器(Analog-to-digital Converter, ADC)是连接模拟信号与数字信号的桥梁.在超宽带雷达、宇宙探测、天文观测等领域中包含大量超宽带模拟信号,其中蕴含了丰富的信息,因此对超宽带信号的采集及数字化速度提出了更高的要求.虽然电ADC性能也在逐步提高,但仍然无法满足超宽带信号采集和数字化系统的要求,并且由于受到"电子瓶颈"(采样时钟的抖动以及比较器模糊度)的限制,继续提高其性能已经非常困难.光子学技术具有宽带、高精度、低抖动等特点,具有显著提高模数转换性能的潜力.后端处理与信号恢复是光ADC的重要组成部分,目前大都采用电学处理,涉及到信号量化、误差补偿和信号重构等领域.本文主要研究高速光模数转换系统中的后端电处理与信号恢复技术.通过对现有相关技术的比较分析,在课题组原有技术的基础上,研究了单通道采样点提取的方法,分析了幅度不均匀性、调制器传输曲线和器件响应的非线性并探索对应的校正方法,从时域与频域角度研究了多通道数据复合和信号重构的通道匹配问题及对应的解决方法.本文不仅从理论方面进行问题与方法的探索,也从实验方面进行研究.首先,本文介绍了高速光模数转换系统的原理和总体技术方案.设计并实现了后端电处理的硬件架构.研究了IEEE标准中模数转换器的性能指标及对应测量方法,并对应用在光模数转换系统中做了深入的探究.对系统进行测量并对测量结果分析,得到单通道4.66Gs/s采样率、2.73比特的量化精度,以及2.33Gs/s采样率、3.6比特的量化精度.随后,从理论和实验的角度,分析研究了单通道数据采样点提取、幅度不均匀性校正和线性化校正的原理、存在问题与解决方案,设计实现了相应的处理流程.通过对实验数据的处理将4.66Gs/s采样结果的量化精度从2.73比特提高到3.56比特,2.33Gs/s采样结果的量化精度从3.6比特提高到4.4比特.此外,我们还对非特定误差的、有更广泛应用范围的自适应误差补偿方法进行了探讨.最后,本文针对多通道的数据复合以及信号重构进行较深入的研究,设计了包含标定模式和正常工作模式的工作流程.分别从时域的角度和频谱的角度分析了多通道数据复合的原理,研究了标定模式下提取时间不匹配参数、增益不匹配参数和偏置不匹配参数,以及正常工作模式使用这些参数进行校正的原理和方法.采用上述原理和方法对实验数据进行处理,成功实现了量化精度为3.22比特的双通道数据复合. 收起<<

  • 【作者】

    神祥明 

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    上海交通大学

  • 【导师姓名】

    吴龟灵

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    模数转换,幅度不均匀性,非线性响应,线性化校正,数据复合,信号重构  analog-to-digital