光采样电量化ADC系统中电光调制器偏置点控制技术研究

摘要

信息技术的发展对带宽更大、速度更快、精度更高的模数转换器（Analog-to-Digital Convertor，ADC）提出了更高的要求，为了解决传统电子ADC采样率难以实现进一步提升的难题，光学 ADC 开始受到关注，其中基于光采样电量化 ADC由于可以同时利用光信息处理的优越性能和电子量化的成熟技术而被高度关注。电光调制器作为光采样电量化ADC的核心器件，对整个ADC的性能有着十分重要的影响，解决调制器偏置点漂移问题具有非常重要的应用意义和实用价值。本文针对 MZ 电光调制器的工作点漂移现象，研究其偏置点控制技术，设计了基于FPGA+DSP的MZ电光调制器偏置点控制系统，为研制光采样电量化ADC系统奠定了理论与技术基础，具有重要的工程与科学意义。　　论文首先介绍了光采样电量化ADC的架构及工作原理，分析了调制器在该系统中的重要性以及对调制器的工作点漂移现象进行控制的必要性。其次，论文讨论了光采样电量化ADC的组成架构及工作机理，分析了电光调制的相关理论；针对MZ电光调制器，分析了其理论模型和工作点的漂移现象，提出了基于扰动信号谐波比的调制器偏置点控制技术方案。接着设计了基于FPGA+DSP的调制器偏置点硬件控制系统，完成了各单元模块电路硬件设计及仿真。然后基于Verilog语言对各个模块进行了代码编写及仿真验证，基于DSP对谐波频谱数据设计了处理算法，从而获得了使调制器工作点稳定的控制电压。最后，本文搭建了调制器偏置点控制系统的测试平台，对控制系统的性能进行了测试验证。　　MZ电光调制器工作点控制系统的实验结果表示，当调制器的工作点设置在正交点时，调制器的输出光功率稳定在-3.2dB 左右，波动范围不超过 0.15dB，输出信号的一次谐波稳定在-50.5dB左右，波动范围不超过0. 6dB，实验结果证明该系统可以实现将调制器工作点稳定控制在正交点，从而实现对电信号的线性调制。本论文的研究工作对调制器控制技术的发展具有较为重要的工程与科学意义。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 光采样电量化ADC系统研究现状

1.2.2 电光调制器偏置点控制技术研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 MZ电光调制器偏置点控制理论分析

2.1 光采样-电量化 ADC 架构

2.1.1 波分复用

2.1.2 电光调制

2.1.3 光电转换

2.1.4 电量化编码

2.2 电光调制器偏置点控制技术

2.2.1 电光调制理论

2.2.2 MZ电光调制器

2.2.3 光采样-电量化ADC系统中电光调制器偏置点选择

2.2.4 MZ电光调制器偏置点漂移现象

2.2.5 MZ电光调制器偏置点控制方案

2.3 本章小结

3 MZ电光调制器偏置点控制系统硬件设计

3.1 硬件系统设计

3.2.1 放大电路设计及仿真

3.2.2 滤波电路设计及仿真

3.2.3 信号衰减处理及A/D转换电路设计及仿真

3.2.4 D/A转换及信号放大电路设计及仿真

3.2.5 加法器电路设计及仿真

3.2.6 供电电源电路设计

3.3 主控制器FPGA电路设计及DSP选型

3.4 系统板级电路设计

3.5 本章小结

4 MZ调制器偏置点控制程序设计

4.1 整体程序框架

4.2 A/D转换程序设计

4.3 信号发生器程序设计

4.4 FFT模块设计

4.5 频域信号处理程序设计

4.6 本章小结

5 实验验证与结果分析

5.1 实验平台搭建

5.2 工作点控制系统功能验证

5.2.1 MZ电光调制器输出特性理论验证

5.2.2 控制系统功能验证

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢