逆天！這款A(yù)DC采集帶寬320GHz？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）ADC最常見(jiàn)的參數(shù)是采樣率和分辨率、帶寬，采樣率代表ADC采集數(shù)據(jù)的頻率，分辨率則定義了采集數(shù)據(jù)的精細(xì)度，比如12位、24位等。而帶寬，則決定了采樣率的下限，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣率必須至少是信號(hào)帶寬的兩倍，才能無(wú)失真地重建信號(hào)。

市面上一些比較領(lǐng)先的高性能ADC，采樣帶寬可以達(dá)到2GHz以上，比如ADI 的AD9129理論帶寬最高2.8GHz。但你見(jiàn)過(guò)320GHz帶寬的ADC嗎？

最近德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志上發(fā)表了一篇論文，提出了一種基于微梳的光電混合ADC，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的320 GHz采集帶寬，對(duì)應(yīng)有效采樣率至少為640 GSa/s。

現(xiàn)有電子ADC的帶寬受限于模擬電路的抖動(dòng)（如BiCMOS/CMOS技術(shù)最高約60 GHz帶寬），多路復(fù)用技術(shù)難以突破110 GHz，且功耗高。雖然利用光子技術(shù)（如鎖模激光器）可突破電子瓶頸，但傳統(tǒng)方案存在體積大、重復(fù)頻率低（如2.5 GSa/s）等問(wèn)題。

而克爾孤子微梳（Kerr Soliton Microcomb）是一種基于非線性光學(xué)效應(yīng)（克爾效應(yīng)）在微米級(jí)光學(xué)諧振腔中產(chǎn)生的頻率梳光源 ，其核心特征是通過(guò)孤子態(tài)（soliton）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且超低噪聲的寬光譜輸出。芯片級(jí)集成的克爾微梳具有超低相位噪聲和寬光譜發(fā)射特性，適合高精度、高帶寬的光電ADC應(yīng)用。

研究團(tuán)隊(duì)使用高速薄膜鈮酸鋰（TFLN）電光調(diào)制器 將寬帶電信號(hào)（0–320 GHz）轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。通過(guò)集成光子電路將光信號(hào)分割為多個(gè)光譜片（spectral slices），并利用克爾微梳的相位鎖定梳齒作為多波長(zhǎng)本地振蕩器（LO）進(jìn)行相干檢測(cè)。數(shù)字信號(hào)處理（DSP）重建原始電信號(hào)，利用光譜重疊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫拼接（spectral stitching）。

其中，關(guān)鍵的克爾微梳技術(shù)是基于氮化硅微環(huán)諧振腔，自由光譜范圍（FSR）為40 GHz，提供了低噪聲、高穩(wěn)定性的多波長(zhǎng)LO。

在系統(tǒng)校準(zhǔn)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)量調(diào)制器電光響應(yīng)（EO transfer function）和光電路徑傳遞函數(shù)（OE transfer functions），實(shí)現(xiàn)信號(hào)精確重建。

最終，團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了基于微梳的ADC，采集帶寬高達(dá)320 GHz，遠(yuǎn)超現(xiàn)有所有ADC技術(shù)，對(duì)應(yīng)有效采樣率≥640 GSa/s，有效位數(shù)（ENOB）為2.6至3.3 bits；測(cè)試了30 GBd 32QAM（24.4 GHz）、40 GBd QPSK（233.4 GHz）和10 GBd 16QAM（264.4 GHz）信號(hào)，誤碼率均低于10??。

論文中也提到目前存在的一些問(wèn)題，包括在290 GHz附近存在諧振谷、克爾梳的光信噪比（OCNR）有限、電子ADC的ENOB實(shí)測(cè)約5位等。

但作為一種全新的ADC技術(shù)路線，未來(lái)這種技術(shù)的應(yīng)用潛力非常巨大。比如在6G通信中，采用基于克爾微梳的超高帶寬ADC可以直接處理毫米波/太赫茲信號(hào)，替代傳統(tǒng)射頻濾波器、混頻器等組件；在雷達(dá)與傳感應(yīng)用中，超大帶寬提升目標(biāo)檢測(cè)精度和空間分辨率；在示波器等高速測(cè)試設(shè)備中，解決CMOS集成電路測(cè)試中的帶寬瓶頸問(wèn)題。
小結(jié)：

該研究首次將克爾孤子微梳與光電ADC結(jié)合，突破了傳統(tǒng)電子ADC的帶寬限制，為超高速信號(hào)處理提供了新范式。其核心貢獻(xiàn)在于驗(yàn)證了微梳在光電混合信號(hào)處理中的顛覆性潛力，為下一代通信、傳感和測(cè)試技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。