模块设计论文提纲

论文题目：TS-ADC系统的后端数据采集与处理模块设计

摘要：伴随着5G通信、雷达侦测等技术的发展,数据采集系统在速率,带宽与精度等指标上也面临更高的需求。光学时间拉伸模数转换器（TS-ADC）通过光子学所具有的宽带、低抖动、抗电磁干扰等特性,利用光学时间拉伸技术对高频信号进行时域展宽,实现传统电子ADC性能的突破,采集系统的采样率、模拟带宽等指标的提升。而在光学时间拉伸过程中将难以避免的引入光载波包络失真以及群速度色散相位偏移失真等误差,这导致其难以得到广泛应用。本文基于上述背景,从系统角度对光学时间拉伸技术进行了研究,设计了一种适用于光学时间拉伸型模数转换器的后端模块,兼具数据采集以及信号校正处理功能,本文的主要研究内容如下:1.TS-ADC系统后端模块方案设计。数据采集模块的方案制定以高速、高分辨率作为目标,设计了一种双通道10GSPS的信号采集模块,给出了高速数据采集设计方案,采样时钟设计方案以及存储设计方案。随后本文对TS-ADC前端信号的数学表达与误差来源进行分析,提出相应的校正方案。最后给出了后端模块的整体设计方案。2.TS-ADC系统后端信号采集模块设计。本文采用双通道设计,其中每个通道利用两片5.4GSPS的ADC组成10GSPS的TIADC系统。首先对采用的JESD204B接口协议的原理以及链路建立过程进行分析,设计符合JESD204B协议运行机制的采样数据接收逻辑。并在subclass1下分析并实现了用于同步的确定性延迟。根据光学时间拉伸前端输出信号的特点,完成了触发存储预处理逻辑设计,节约存储资源与带宽。3.TS-ADC系统后端信号处理模块设计。对于由光脉冲载波包络非平坦性为信号带来的失真,在考虑通道间失配的前提下,设计包络消除模块予以消除。对于群速度色散效应引入的相位偏移失真,设计了一种并行结构的多相FFT/IFFT算法,待测信号先变换至频率域中,与相位校正因子运算消除相移失真,再将其恢复为时域信号。论文通过硬件测试平台测试各个功能与模块设计的正确性,测试结果证明各模块均能够达到设计目标。

关键词：TS-ADC;误差校正;交替采样;JESD204B协议;多相FFT/IFFT

学科专业：仪器科学与技术

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 光学模数转换技术

1.2.2 数据采集系统

1.3 论文主要研究内容与结构安排

第二章 后端数据采集与处理模块方案设计

2.1 光学时间拉伸技术原理与系统结构

2.2 光电信号采集模块方案设计

2.2.1 基于TIADC的信号采集方案设计

2.2.2 采样数据接口方案设计

2.2.3 采样时钟方案设计

2.2.4 触发存储方案设计

2.3 光学时间拉伸信号处理理论分析

2.3.1 光脉冲载波包络消除理论分析

2.3.2 色散相位偏移校正理论分析

2.4 后端模块总体方案设计

2.5 本章小结

第三章 基于JESD204B协议的数据采集模块设计

3.1 JESD204B简介

3.2 JESD204B接口原理

3.3 JESD204B协议数据采集模块设计

3.3.1 JESD204B时钟设计

3.3.2 数据链路建立与同步

3.3.3 FPGA采样数据接收设计

3.3.4 确定性延迟的实现

3.4 采样数据重排列模块设计

3.5 触发存储预处理模块设计

3.6 本章小结

第四章 光学时间拉伸后端信号处理模块

4.1 光脉冲载波包络消除模块的设计与实现

4.1.1 光脉冲载波包络消除原理

4.1.2 光脉冲载波包络消除模块的逻辑实现

4.2 色散相位偏移的校正

4.2.1 相位校正理论

4.2.2 多相FFT理论

4.2.3 多相FFT逻辑设计

4.2.4 相位校正的实现

4.2.5 多相IFFT理论与实现

4.3 本章小结

第五章 设计测试与验证

5.1 采集模块时钟验证

5.2 数据链路建立验证

5.3 接收数据解映射与重排列验证

5.4 数据采集指标验证

5.4.1 ADC量化位数验证

5.4.2 10GSPS采样率验证

5.4.3 ADC有效位数验证

5.4.4 触发存储预处理验证

5.5 数据处理功能验证

5.5.1 光脉冲载波包络消除验证

5.5.2 相移校正模块验证

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献