Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
Ln = 2n~N Ln , (7.5
где л= 1 соответствует старшему значащему разряду (СЗР), п = = 2 — второму значащему разряду (ВЗР), n = N—1 — предпоследнему значащему разряду (ПЗР), a ti = N—МЗР. Достоинством кода Грея является и то, что для его реализации АЦП требует в 2 раза меньшее напряжение, чем при эквивалентном двоично-взвешенном коде [80].
Статические сдвиги фаз Фоп, необходимые для реализации кода Грея, обеспечиваются подачей к электродам смещений напряжений, удовлетворяющих следующим условиям: Ф0і=я/2 при п= 1, Ф02 = 0 при п = 2 и Ф0п=я; при /г>2. В рассматриваемой схеме преобразования единице соответствует выходная интенсивность />/о/2. Инвертированием значений каждого разряда и применением сигналов одной полярности можно добиться того, чтобы во всех каналах, кроме СЗР, напряжения смещений были бы равны нулю. На практике постоянные смещения во всех каналах ИО-АЦП используются также для компенсации разбаланса фаз, возникающего в плечах волноводных модуляторов.
Максимальное преобразуемое напряжение аналогового сигнала определяется выражением [80]
Utaax = 2"-' Uq. (7.6)
На рис. 7.6,6 приведены зависимости интенсивности оптического излучения на выходе матрицы модуляторов и сигналов компараторов для каждого канала АЦП от амплитуды аналогового сигнала U в пределах ±Umax. В ИО-АЦП (в отличие от обычных АЦП) напряжение аналогового сигнала U не должно превышать Umax, так как при \U\>UmaX цифровой код становится неоднозначным. В электрооптическом АЦП величина Umax для СЗР не зависит от значения U\/2 при U^2 (СЗР) > Umax. Канал СЗР дает информацию лишь о знаке сигнала, так как интенсивность выходного сигнала модулятора, равная /о/2, соответствует нулевому напряжению сигнала компаратора. В этом случае при выборе Ul/2(C3P) =Umax получаем Ul/2(C3P) = f/i/2(ВЗР). Тогда сигнальные электроды в каналах СЗР и ВЗР имеют одинаковую длину (см- рис. 7.6,6). Это обеспечивает максимальную крутизну зависимости интенсивности оптического сигнала от напряжения в окрестности точки U=0, что уменьшает ошибки преобразования аналогового сигнала. Из равенства напряжений ?/1/2(СЗР) и U1/2 (ВЗР) следует, что выход за границы диапазона напряжений IU j Umax приводит к многозначности уровней квантования, интервалы между которыми равны 2Umax. Такой большой фиксированный интервал неоднозначности может оказаться полезным в ря-
.177 де случаев, так как частичная корреляция последовательных отсчетов сигнала позволяет разрешить указанную неоднозначность [80].
Детальный теоретический анализ и методика расчета ИО-АЦП на основе электрооптических волноводных модуляторов типа Маха— Цендера приведены в [80, 187]. Не вдаваясь в подробности, сформулируем требования к основным элементам ИО-АЦП рассматриваемого типа. Каждый отсчет в АЦП является по сути дела средним значением входного напряжения за малый, но конечный интервал времени. В электрооптическом АЦП происходят два процесса усреднения по времени. Первый обусловлен конечным временем прохождения оптического импульса через матрицу модуляторов, а второй — его конечной длительностью. Максимально допустимое время усреднения непосредственно связано с минимальным временем TМЗР > в течение которого происходит изменение МЗР. При полной амплитуде напряжения аналогового сигнала и максимальной частоте, соответствующей полосе А/,
т«зр=1/2*ЯД/. (7.7)
Величина %мзр при неизменной полосе пропускания Af уменьшается с увеличением числа битов информации. Максимально допустимое время распространения xN должно удовлетворять условию
Т„<22-"/2/яд/ = 22+"/2Тмзр_ (7.8)
Для 4-разрядного АЦП при Af = 500 МГц тМзр=40 пс, тдг=640 пс. В реальном ИО-АЦП на основе ниобата лития Tjv= 175 пс и, как показывает теоретический анализ, для входного сигнала с частотой f = 500 МГц спад частотной характеристики не превышает 0,1 дБ, а среднеквадратичная ошибка составляет всего 0,02 Uq. Это следует из (7.8) в предположении, что время прохождения опти-, ческим сигналом расстояния до середины сигнальных электродов одинаково для всех разрядов. Данное условие легко обеспечивается размещением сигнальных электродов всех модуляторов на общей средней линии (см. рис. 7.6,а)- Длительность лазерного импульса выборки на уровне половины максимальной амплитуды должна удовлетворять условию
тл = 8 (N ~ I)1 P- In 2/2" п2 A f = 8 (N - I)1 п In 2. тШР/я. (7.9)
Для 4-разрядного АЦП длительность импульса тл должна быть меньше 0,06 периода сигнала, т. е. менее 120 пс для сигнала с частотой f = 500 МГц. На самом деле (7.9) ограничивает длительность импульса диапазоном значений от половины периода до полного периода колебаний интенсивности в канале МЗР.
Для того чтобы полностью использовать все разряды электрооптического АЦП, аналоговый входной усилитель должен при соответствующей линейности амплитудно-частотной характеристики обеспечивать выходное напряжение с амплитудои zhUmax на емкости всех сигнальных электродов матрицы модуляторов в диапазоне частот до верхней границы спектра аналогового сигнала. Анализ показывает, что применительно к параметрам реальных
