[发明专利]一种光模数转换器后端电路装置与处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及光信息处理技术，具体是一种高精度光模数转换器后端电路装置与处理方法。

背景技术

模数转换器(ADC:Analog to Digital Converter)能够将自然的模拟信号转换为虚拟的数字信号，是构建当今科技信息社会的基础。

传统的电模数转换器(EADC:Electronic ADC)在高速发展的同时，也逐渐接近性能的极限。电采样时钟抖动、比较器模糊等“电子瓶颈”限制了其进一步提高。光学模数转换器(PADC:Photonic ADC)的光采样脉冲高稳定度的特点，为突破“电子瓶颈”，对高频宽度信号完成模数转换提供了可能。

光模数转换器是一种利用高稳定光脉冲序列作为采样时钟，马赫-曾德尔调制器对信号采样，光电探测器与电模数转换器量化的光电混合型光模数转换方案(Khilo A,Spector S J,Grein M E,et al.Photonic ADC:overcoming the bottleneck of electronic jitter[J].Optics Express,2012,20(4):4454-4469.)。在这种结构中，与被采样信号无关的未调制分量占用部分电模数转换器的量化量程，造成电模数转换器的量化精度将下降，进而限制了整个系统的有效比特位数上限。此外，为了保证光电探测器处于线性工作区，其输入须为小功率信号(Juodawlkis P W,Hargreaves J J,Twichell J C.Impact of photodetector nonlinearities on photonic analog-to-digital converters[C]//Lasers&Electro-optics,CLEO 02Technical Digest Summaries of Papers Presented at the.IEEE,2002:11-12vol.1.)。由于输入光电探测器的光功率较小，其输出信号幅值也有限，因此需要利用放大器进行放大。光电探测器及放大器作为有源器件，不可避免地将引入额外噪声。额外引入的噪声恶化了被电模数转换器采样信号的质量，降低了信噪比，进而降低模数转换器的有效比特位数，限制系统性能。

目前报道的光模数转换器方案尚未考虑电模数转换器量程占比及电后端噪声对整个系统的影响。Juodawlkis P W等人提出利用“积分-重置”电路(PHIRcircuits:Photonic Integrate and Reset circuits)来将单个电脉冲能量积分的结果量化(Juodawlkis P W,Twichell J C,Betts G E,et al.Optically sampled analog-to-digital converters[J].IEEE Transactions on Microwave Theory&Techniques,2001,49(10):1840-1853.)。这种方式在一定程度上能够提高信噪比，但不能保证EADC对电脉冲的采样时刻的瞬时信噪比最大。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种高精度光模数转换器后端电路装置与处理方法。与传统的光模数转换器结构相比，本处理方法在后端电路中加入了放大与偏压电路，配合放大器使得电模数转换器的量化量程能够得到充分利用；同时，加入了匹配滤波器，使得在电模数转换器采样时刻瞬时信号功率对噪声平均功率之比最大，从而抑制了后端电路(光电探测器、放大器等)引入的噪声对模数转换器有效比特位数的影响。

本发明的技术解决方案如下：

一种光模数转换器后端电路装置，其特点是，在所述的光电转换器和电模数转换器之间还有依次的电信号放大与偏压电路和匹配滤波器。

上述光模数转换器后端电路装置的处理过程如下：

1)所述的光电转换将光脉冲序列转变为电脉冲信号。

2)所述的放大与偏压电路将电脉冲信号放大至调制分量占满电模数转换器整个量程范围。同时，将电脉冲信号偏压至未调制分量不在电模数转换器量程范围内。

3)所述的匹配滤波器通过对输入信号滤波，使得滤波后的电脉冲峰值点信噪比最大。匹配滤波器的频率响应为

其中，S_n(ω)为匹配滤波器前电路(光电转换、放大与偏压等)引入的噪声的频谱，A(ω)为进入匹配滤波器前的单个电脉冲的频谱，*表示共轭运算。