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模拟技术相关技术文章光学模数转换器的主要技术指标、性能与应用分析
一、引言
当今世界是一个高度数字化的世界，系统设计者们越来越倾向于将所有的处理过程数字化，这是由于数字技术的诸多吸引人之处，如：速度快、灵活性大、系列化、可靠性高等。这样一来，模数转换器作为将现实的模拟世界和数字化的世界联系起来的桥梁，其作用越来越重要，对其性能的要求也越来越高。
高性能的模数转换器是模拟传感器（例如雷达、通信设备和电子战设备）和数字信号处理系统之间联系的必不可少的环节。近年来，一方面，随着电子计算机的普及应用及检测自动化程度的不断提高，对模数转换器的性能（比特精度、采样速率等）提出了更高的要求。宽带雷达、电子侦察、电子对抗、核武器监控、扩频通信等信号处理系统都要求Gsps以上的高转换速率。例如：一个相位阵列天线，理想情况下需要上百个乃至上千个低功耗模数转换器，典型情况下，每一个要求 100 MHz带宽和16 bit精度。尽管这些器件可能仅占整个系统的很小一部分，却可能是影响整个系统性能的瓶颈因素。另一方面，并行计算结构及其技术的发展，产生了具有100GHz浮点运算能力的数字处理器， 但由于ADC性能的限制而使其不能被充分利用。如果能得到采样速率在10～100 Gsps的模数转换器，不但可以改善现有系统的性能，而且将具有新的应用前景。
目前，模数转换器从采用的技术上来说主要有3种：电子半导体模数转换器、超导材料模数转换器和光学模数转换器（OADC）。超导材料由于需要低温条件，在很大程度上限制它的应用领域。目前，应用最为广泛的是电子模数转换器，它具有适用范围广泛、制造技术成熟、成本较低等诸多优点。但在高性能模数转换器领域，它存在着先天的不足。当采样速率大于2 Msps时，由于受孔径抖动的影响，而导致的采样时间具有不确定性。其变化趋势是，当采样速率每增加一倍，其比特精度就大约下降1 bit。在过去的近10年时间中，在给定采样速率下，电子模数转换器的比特精度的提高平均只有1．5个比特。目前，电子模数转换器可以达到的最快采样速率为8 Gsps，精度为3 bit；在8 bit精度下，可以达到4 Gsps的采样速率。但这已经基本接近其理论的极限，即使采样速率可以再提高，但其相应的比特精度也会相应的下降。因此，要达到实际应用的要求，即在10 Gsps以上的采样速率，并且具有合适的比特精度（4 bit以上），就必须寻求新的突破。采用光学模数转换器技术，已经成为高转换速率、高比特精度模数转换器的发展趋势。