分段式光子数模转换器及其波形产生方法技术

本发明专利技术公开了一种分段式光子数模转换器及其波形产生方法，其中，该转换器包括M+N

Segmented photon digital to analog converter and its waveform generation method

【技术实现步骤摘要】
分段式光子数模转换器及其波形产生方法
本专利技术涉及信号产生
，特别涉及一种分段式光子数模转换器及其波形产生方法。
技术介绍
针对于射频的任意波形产生技术在现代通讯系统中发挥着重要的作用。随着现代通讯系统，例如雷达、通信、导航定位系统的发展，对产生信号的带宽和频率要求越来越高。而受限于电子信号的带宽、基准时钟的稳定性等因素，传统电域的直接频率合成、电DAC等方法产生的信号带宽、频率和信号质量，已经不能满足现代通信系统对于信号源的需求。而随着光电器件和技术的发展，光域任意射频信号产生技术近段时间受到研究人员广泛关注。由于光的频率高达数百THz，所以任意射频信号的光学产生方法具有大带宽、高频率和抗电磁干扰的优势。相比于频域合成的光学任意波形产生方法，基于光子数模转换器(PDAC)的时域合成方法可以同时做到大时宽和大带宽。PDAC由于在光域进行数字到模拟的转换，可以有效克服传统电数模转换器的时钟抖动等问题，最近受到广泛关注。PDAC原理和电DAC类似，基于的是加权求和的结构。经过功率调整之后，多通道的光源分别被多路数字码流开关键控调制(OOK)。合路之后，在光电探测器中转化为目标的模拟微波信号。现有的PDAC都是采用的二进制赋权结构，即从最高比特位开始，每路的光功率依次折半减少。在这种结构下，尤其是在量化比特位数较高的PDAC中，最低比特位(LSB)的光功率非常低。因此，LSB的信噪比严重受限于PDAC中的固有噪声(激光器的相对强度噪声、光电探测器的散弹噪声等)，以至于二进制加权结构的PDAC的整体噪声性能较差，有效比特位(ENOB)较低。因此解决PDAC中LSB光功率较低的问题，对于提高PDAC的整体噪声性能和有效比特位有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种分段式光子数模转换器，相比于传统的二进制PDAC，该转换器大大提高了整体PDAC的噪声性能和有效比特位；相比于一元PDAC，结构更加简单，消耗的资源更少，进而可以实现同时具有高ENOB和较低结构复杂度的光子数模转换器。本专利技术的另一个目的在于提出一种分段式光子数模转换器的波形产生方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种分段式光子数模转换器，包括：M+Nb路数字码流调制单元，所述M+Nb路数字码流调制单元包括M+Nb个可调谐激光器、M+Nb个调制器和M+Nb路数字码源，其中，M为一元加权结构的分支数，Nb为二进制加权结构的分支数，以组成一元加权结构和二进制加权结构；波分复用器和光电探测器，其中，对于满足第一预设条件的比特位，采用所述一元加权结构，每路有相同的光功率，而对于满足第二预设条件的比特位，采用所述二进制赋权结构，光功率以2为倍数依次递减，使得每一路分别被不同的数字码率OOK调制和延时调整之后，在所述波分复用器中非相干叠加，以在所述光电探测器中转化为输出的目标模拟信号。本专利技术实施例的分段式光子数模转换器，在相同量化比特下，相比于传统的二进制赋权结构，本专利技术提出的结构中的LSB的光功率和信噪比得到有效地提升，因此大大提高了整体PDAC的噪声性能和有效比特位；而由于本分段式结构中同时存在二进制加权和一元加权，相比于全一元加权结构(PDAC中每一路的光功率都完全相等)，结构更加简单，消耗的资源更少，进而可以实现同时具有高ENOB和较低结构复杂度的光子数模转换器。另外，根据本专利技术上述实施例的分段式光子数模转换器还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，每个可调谐激光器输出端与对应的调制器的输入端相连，每路数字码源的输出端分别与对应的调制器的微波输入端相连，每个调制器的输出端与所述波分复用器的输入端的相连，所述波分复用器的输出端与所述光电探测器的光输入口相连。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述波分复用器的各个通道对应的光波长与激光器的光波长对应。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，数字码源的码率大于所述目标模拟信号的两倍最高频率。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述光电探测器的响应速率大于所述目标模拟信号的最高频率。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，各激光器的激光频率间隔大于所述光电探测器的最大带宽。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述调制器的调制速率大于数字码源的码率。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于分段式光子数模转换器的波形产生方法，采用上述实施例所述的分段式光子数模转换器，其中，方法包括以下步骤：将目标信号进行以码源码率作为采样率进行采样，得到多个不同的采样点，并将所述多个不同的采样点进行量化，得到相应的离散量化值；通过预设关系式得到需要进行不同加权的量化值，并分别进行二进制加权量化和一元加权量化，得到M+Nb路非归零数字码流；根据所述M+Nb路非归零数字码流通过所述M+Nb路数字码流调制单元得到M+Nb路经过OOK调制之后的光信号；将所述M+Nb路经过OOK调制之后的光信号通过波分复用器耦合到一个光路中，得到一路光信号；将所述一路光信号通过所述光电探测器转换为电信号，得到所述目标模拟信号。本专利技术实施例的基于分段式光子数模转换器的波形产生方法，在相同量化比特下，相比于传统的二进制赋权结构，本专利技术提出的结构中的LSB的光功率和信噪比得到有效地提升，因此大大提高了整体PDAC的噪声性能和有效比特位；而由于本分段式结构中同时存在二进制加权和一元加权，相比于全一元加权结构(PDAC中每一路的光功率都完全相等)，结构更加简单，消耗的资源更少，进而可以实现同时具有高ENOB和较低结构复杂度的光子数模转换器。另外，根据本专利技术上述实施例的基于分段式光子数模转换器的波形产生方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设关系式为：其中，Xi为第i个采样点对应的离散量化值，Nb为二进制加权部分的分支数，i为采样点序号，Yi为需要进行一元加权的量化值，Zi为需要进行二进制加权的量化值。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的分段式光子数模转换器的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的分段式光子数模转换器的原理图；图3为根据本专利技术实施例的分段式光子数模转换器具体实施方案框图；图4为根据本专利技术实施例的基于分段式光子数模转换器的波形产生方法的流程图；图5为根据本专利技术实施例的比特分段式PDAC原理图；图6为根据本专利技术实施例的产生单频信号的有效比特数曲线图；图7为根据本专利技术实施例的提供的3比特分段式PDAC产生的0～4GHz的LFMW信号的频谱图；图8为根据本专利技术实施例的提供的3比特分段式PDAC产生的0～4GHz的LFMW信号的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段式光子数模转换器，其特征在于，包括：/nM+N

【技术特征摘要】
1.一种分段式光子数模转换器，其特征在于，包括：
M+Nb路数字码流调制单元，所述M+Nb路数字码流调制单元包括M+Nb个可调谐激光器、M+Nb个调制器和M+Nb路数字码源，其中，M为一元加权结构的分支数，Nb为二进制加权结构的分支数，以组成一元加权结构和二进制加权结构；
波分复用器和光电探测器，其中，对于满足第一预设条件的比特位，采用所述一元加权结构，每路有相同的光功率，而对于满足第二预设条件的比特位，采用所述二进制赋权结构，光功率以2为倍数依次递减，使得每一路分别被不同的数字码率OOK调制和延时调整之后，在所述波分复用器中非相干叠加，以在所述光电探测器中转化为输出的目标模拟信号。


2.根据权利要求1所述的分段式光子数模转换器，其特征在于，每个可调谐激光器输出端与对应的调制器的输入端相连，每路数字码源的输出端分别与对应的调制器的微波输入端相连，每个调制器的输出端与所述波分复用器的输入端的相连，所述波分复用器的输出端与所述光电探测器的光输入口相连。


3.根据权利要求1所述的分段式光子数模转换器，其特征在于，所述波分复用器的各个通道对应的光波长与激光器的光波长对应。


4.根据权利要求1所述的分段式光子数模转换器，其特征在于，数字码源的码率大于所述目标模拟信号的两倍最高频率。


5.根据权利要求1所述的分段式光子数模转换器，其特征在于，所述光电探测器的响...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳钉，薛晓晓，李尚远，郑小平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11