CN103901262A

CN103901262A - 一种纳秒级脉冲峰值检测方法

Info

Publication number: CN103901262A
Application number: CN201410144169.4A
Authority: CN
Inventors: 杨爱英; 张卿; 冯立辉
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明涉及一种纳秒级脉冲峰值检测方法，属于光通信技术领域。本发明通过使用低通滤波器将纳秒级脉冲信号展宽，然后用相位调节后的时钟信号触发，使得模数转换器更加精确地采样数据。在无需高速模数转换器的条件下，能够检测纳秒级脉冲信号的峰值。该检测方法可以降低对模数转换单元采样速率的要求，简单易行，所需器件成本低。

Description

一种纳秒级脉冲峰值检测方法

技术领域

本发明涉及一种纳秒级脉冲峰值检测方法，属于光通信技术领域。

背景技术

在高速宽带数据业务的推动下，光网络中40Gbit/s、100Gbit/s单信道速率的WDM***已经开始商用。然而，由于电子瓶颈的限制，传统宽带电子测量仪器通过电采样难以对高速甚至超高速光通信信号进行直接测量。因此，必须采用光采样方法对高速光通信信号进行测量。对数字通信***而言，衡量其通信质量的指标是误码率。误码率的测量可以通过测量数字信号的Q因子来监测。研究表明，光采样后的信号经过光电探测器转换为纳秒级电脉冲信号，电脉冲的峰值测量能够重建高速光数据信号的眼图并测得其Q因子。因此，纳秒级电脉冲峰值检测是测量超高速光数据信号质量的关键技术。

对于纳秒级的电脉冲信号，直接使用高速采集电路难以实时捕捉到其峰值，因此需要设计窄脉冲信号的峰值保持电路，该电路对前端放大器输出的信号进行展宽并保持一段时间，以便采用常规低速转换器进行采集处理。但重复频率为兆赫兹以上的窄脉冲峰值保持电路，其转换速率、峰值检测延迟时间以及峰值保持恢复时间都面临着严格要求，设计比较复杂。为此，可以采用1GHz采样率的超高速模数转换单元和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)单元为核心的超高速数据采集卡检测脉宽为纳秒量级、重复频率为兆赫兹级的窄脉冲信号峰值。该方案不需要峰值保持电路就可以获得脉冲的峰值，但是该方法成本较高。

发明内容

本发明的目的是为解决现有纳秒级脉冲峰值检测设计复杂、成本高的问题，提出一种纳秒级脉冲峰值检测方法。

一种纳秒级脉冲峰值检测方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将被测随机光脉冲信号经过光电探测器，转换为纳秒级随机电脉冲信号。

步骤二：将步骤一得到的随机电脉冲信号通过滤波器进行低通滤波，实现脉冲展宽；滤波器带宽大于脉冲重复频率并且小于脉冲带宽。

步骤三：将周期性光脉冲作为采样源，经过光电探测器转换为周期性电脉冲信号；周期性光脉冲的重复频率与步骤一的被测随机光脉冲信号的重复频率相同。

步骤四：将步骤三得到的周期性电脉冲信号进行锁相操作，产生时钟信号；动态调节时钟信号的相位，使其上升沿与随机电脉冲的峰值位置对齐。

步骤五：将步骤二得到的展宽后随机电脉冲信号在步骤四的时钟信号触发下进行采样，然后进行模数转换，得到纳秒级随机脉冲的峰值。

有益效果

本发明通过使用低通滤波器将纳秒级脉冲信号展宽，使得模数转换器更加精确地采样数据。在无需高速模数转换器的条件下，能够检测纳秒级脉冲信号的峰值。该检测方法可以降低对模数转换单元采样速率的要求，简单易行，所需器件成本低。

附图说明

图1为本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测方法的流程图；

图2为随机电脉冲信号通过滤波器前和通过滤波器后的脉冲宽度对比图；

图3为依据本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测方法实施的一种纳秒级脉冲峰值检测***图；

图4为依据本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测方法实施的一种纳秒级脉冲峰值检测***中的信号时序示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例来进一步详细说明本发明的实施方式。

依据本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测方法实施的一种纳秒级脉冲峰值检测***如图3所示，包括周期性光脉冲发生器、第一光电探测器、第二光电探测器、随机光脉冲信号产生模块、时钟信号产生模块、模数转换器和滤波电路。其中，时钟信号产生模块包括锁相处理子模块和相位调节子模块。

周期性光脉冲发生器的输出连接至第一光电探测器，第一光电探测器的输出与时钟信号产生模块的锁相处理子模块相连，锁相处理子模块与相位调节子模块相连，相位调节子模块的输出作为时钟信号输入模数转换器。随机光脉冲信号产生模块的输出连接第二光电探测器，第二光电探测器的输出连接至滤波电路，滤波电路的输出连接至模数转换器。

周期性光脉冲发生器产生周期性光脉冲信号，通过第一光电探测器进行光电转换，产生周期性电脉冲信号；

周期性电脉冲信号进入时钟信号产生模块进行锁相，产生方波时钟信号，再经过相位调节得到相位同步的方波时钟信号；

所述相位调节方法为：在时钟信号产生模块，将锁相后的时钟信号相位按照等步长遍历一个周期(360°)，在遍历过程中的每个相位位置进行采样得到一帧采样数据，计算每帧采样数据的方差并进行比较，记下方差最大值对应的相位位置，将相位调至该位置，然后进行数据输出。

随机光脉冲信号产生模块产生随机光脉冲，通过第二光电探测器转换为纳秒级随机电脉冲信号；

纳秒级随机电脉冲信号通过滤波电路，将滤除噪声并展宽脉冲，得到展宽后的随机电脉冲信号；

同相的方波时钟信号触发模数转换器，使其对展宽后的随机电脉冲信号采样，采集随机电脉冲的峰值，并进行数字输出。

周期性光脉冲发生器产生的周期性光脉冲与随机光脉冲信号产生模块产生的随机光脉冲具有相同的脉冲周期；周期性电脉冲信号进入数字信号处理模块进行锁相产生方波时钟信号，此时方波时钟信号的上升沿并未与随机电脉冲信号的脉冲峰值点对齐，无法保证触发模数转换器后精确采集到脉冲峰值；经过相位调节后得到方波时钟信号，其上升沿与随机电脉冲信号脉冲峰值点对齐，触发模数转换器后可以精确采集到随机电脉冲峰值。

本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测的***如图3所示。采用非线性偏振被动锁模光纤激光器产生重复频率为30MHz的周期性光脉冲信号，通过第一光电探测器进行光电转换产生周期性电脉冲信号。利用FPGA芯片EP3C25E144C8完成时钟信号产生模块功能，将周期性电脉冲信号输入到FPGA的一个PLL中进行锁相处理，产生方波时钟信号，再利用FPGA的另外一个PLL对产生的方波时钟进行相位调节，使其上升沿与随机电脉冲信号脉冲峰值点对齐。经过调节得到的方波时钟信号输入模数转换器AD9245中作为模数转换的触发时钟信号。

在随机光脉冲信号产生模块，随机光信号与非线性偏振被动锁模光纤激光器产生的重复频率为30MHz的周期性光脉冲信号在周期极化铌酸锂（PPLN）波导中产生和频效应得到随机光脉冲信号，通过第二光电探测器转换为纳秒级随机电脉冲信号。随机电脉冲信号经过采用运算放大器芯片OPA695设计的带宽为50MHz的二阶低通滤波电路后，将噪声滤除并展宽脉冲，得到展宽后的随机电脉冲信号。图2所示为实验所得滤波前后的脉冲宽度对比图。展宽后的随机电脉冲信号输入模数转换器AD9245中，在时钟信号的触发下进行模数转换，采集随机电脉冲信号峰值并进行数字输出。

图4是为依据本发明提供的一种纳秒级脉冲峰值检测方法实施的一种检测***中信号的时序示意图。其中，信号1为随机脉冲序列，信号2为展宽后的随机脉冲序列，信号3为周期脉冲序列，信号4为周期脉冲序列进入数字信号处理模块产生的方波时钟信号。此时方波时钟信号的上升沿不一定与随机脉冲信号的脉冲峰值点对齐。信号5为相位自动调节后的方波时钟信号，其上升沿与随机脉冲的峰值点对齐。

以上对本发明“一种纳秒级脉冲峰值检测方法”进行了详细的说明，但本发明的具体实施形式并不局限于此。该实施的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种纳秒级脉冲峰值检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将被测随机光脉冲信号经过光电探测器，转换为纳秒级随机电脉冲信号；

步骤二：将步骤一得到的随机电脉冲信号通过滤波器进行低通滤波，实现脉冲展宽；滤波器带宽大于脉冲重复频率并且小于脉冲带宽；

步骤三：将周期性光脉冲作为采样源，经过光电探测器转换为周期性电脉冲信号；周期性光脉冲的重复频率与步骤一的被测随机光脉冲信号的重复频率相同；

步骤四：将步骤三得到的周期性电脉冲信号进行锁相操作，产生时钟信号；动态调节时钟信号的相位，使其上升沿与随机电脉冲的峰值位置对齐；

2.根据权利要求1所述的一种纳秒级脉冲峰值检测方法，其特征在于：动态调节时钟信号的相位的方法为：将时钟信号相位按照等步长遍历一个周期360°，在遍历过程中的每个相位位置进行采样得到一帧采样数据，计算每帧采样数据的方差并进行比较，记下方差最大值对应的相位位置，将时钟信号相位调至该位置。