CN106575069B - 模数转换器 - Google Patents

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Abstract

一种模数转换器，包括：光分束器(1)、M个光探测器(2)、M个放大模块(3)、编码器(4)；其中，光分束器(1)的每个输出端对应一个光探测器(2)的输入端，每个光探测器(2)的输出端连接至一个放大模块(3)的输入端，每个放大模块(3)的输出端连接编码器(4)的一个输入端；其中，光分束器(1)将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器(2)转换成电流信号，并将毎路电流信号输入至对应的放大模块(3)中生成输出电压，并输出至对应的编码器(4)输入端中，其中，可以通过设置光分束器(1)的输出信号的功率，或者M个光探测器(2)的转化效率，或者M个放大模块(3)的放大倍数，或者M个不同判决电压中的至少一种，使编码器(4)根据M个输出电压与判决电压的判决结果输出数字信号，能够提高ADC的速率。

Description

模数转换器
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种模数转换器。
背景技术
传统的模数转换器(英文：Analog To Digital Converter，简称：ADC)电路通常包括两部分，一部分为采样头，即采样保持电路(即所谓的Switch-Cap电路，也叫采样保持器)，保持电路通常由金属氧化物半导体(英文：Metal Oxid Semiconductor，简称：MOS)开关与电容组成，用于实现采样保持的功能。采用采样保持电路是因为对模拟信号进行A/D转换时，从启动转换到转换结束输出数字信号，需要一定的转换时间。在这个转换时间内，模拟信号要保持不变。否则转换精度没有保证，特别当输入的模拟信号频率较高时，会造成很大的转换误差。为了解决这个问题，需要在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化，采样保持电路在保持阶段相当于“模拟信号存储器”。将输入信号采样保持与比较器(Comparator)中不同门限进行比较，即可以获得不同bit(比特)位的信息，这个即是一般ADC的原理。
具体的，采样头将输入信号采样保持以后，输入比较器，比较器要在单个采样时钟内完成多个bit的比较，如图1所示，为一种现有的高速ADC架构，包括分压网络、比较器和编码器。具体的，如果是N位精度的ADC，那么分压网络通常是需要2N个大小相等的电阻组成，那么在分压网络上将产生2N-1个参考电压，则对应的需要2N-1比较器(图中三角形符号)，需要进行ADC的输入信号(采样后的)分别接入2N-1个比较器的一个输入端，分压网络上产生的2N-1个参考电压分别接入2N-1个比较器的另一个输入端，用于将输入信号分别和2N-1个参考电压作比较，每个比较器的两个输入端分别为一正一负，如果正输入大于负输入，则输出1，反之则输出0。比较器得到的结果输出至编码器，编码器通过计算得N位的二进制数，表示输入信号的值，至此完成模数转换。
虽然图1所示的现有ADC架构是目前电的ADC方案中速率最快的，但是由于现有技术中的采样头受到电信号固有限制(如电容等)，因此采样头的速率非常有限，无法满足某些场景的速率要求(比如在射频信号处理场景)，因此为了提高采样速率，在某些场景下，不得不采用多个采样头并行处理，例如在GHz量级的ADC电路中，有时需要在比较器电路之前设置4个采样头并行处理。而且，对于一些速率要求更高的场景，比如5GHz、10GHz甚至更高的场景，上述传统的电的ADC已经无法满足需要，所以为了满足更高速率要求的应用场景，如何进一步提高ADC的速率是亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种模数转换器，能够提高模数转换器的转换速率。
第一方面，提供一种模数转换器，所述模数转换器包括：光分束器、M个光探测器、与所述M个光探测器对应的M个放大模块、编码器；其中，所述光分束器的每个输出端对应一个所述光探测器的输入端，每个所述光探测器的输出端连接至一个所述放大模块的输入端，每个所述放大模块的输出端连接所述编码器的一个输入端；
所述光分束器，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器中；
所述光探测器，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中；
所述放大模块，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；
所述编码器，用于将输入的M个输出电压与判决电压进行比较，得到M个判决结果，并根据所述M个判决结果生成数字信号；
其中，包括以下至少一种；
所述M路光信号中从第1路光信号至第M路光信号的功率按照第一预设比例逐个递减，所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减，所述M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减，使输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减；
其中，所述模数转换器为N位精度的模数转换器，M等于2N-1，所述数字信号为N位，M、N为正整数。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的放大倍数为Δ/(n-k)；
若所述M个光探测器输出的M个电流信号大小相等，则输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的输出电压为ΔI/(n-k)，其中I为所述M个光探测器输出的M个电流信号的大小；
所述判决电压为ΔI/(1-k)；
其中Δ的大小为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1，且n小于或等于M。。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减包括：所述M个光探测器中的第n个光探测器的转换效率为1/(n-k)；
若所述M路光信号的功率相等，则所述M个光探测器中的第n个光探测器输出的电流信号的大小为I/(n-k)；
若所述M个放大模块的放大倍数相等，则所述输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的输出电压为ΔI/(n-k)；
所述判决电压为ΔI/(1-k)；
其中Δ为所述M个放大模块的放大倍数，Δ的大小为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于M。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述M路光信号中从第1路光信号至第M路光信号的功率按照第一预设比例逐个递减包括：所述M路光信号中第n路光信号的功率为p/(n-k)；
若所述M个光探测器的转换效率相等，则所述M个光探测器中的第n个光探测器转输出的电流信号为I/(n-k)；
若所述M个放大模块的放大倍数相等，则所述输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的输出电压为ΔI/(n-k)；
所述判决电压为ΔI/(1-k)；
其中Δ为所述M个放大模块的放大倍数，Δ的大小为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于M。
结合第一方面或其上述实现方式中的任一种，在第四种可能的实现方式中，所述编码器具体用于：
将从M个输入端输入的M个输出电压与判决电压进行比较，得到M个判决结果，其中每个判决结果的值包括第一数值或第二数值；
统计所述M个判决结果中值为所述第一数值的判决结果的数量；
根据所述数量生成所述数字信号，所述数字信号为N位。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述编码器具体用于：
若从第n个输入端输入的第n个放大模块的输出电压大于或等于所述判决电压，则判定所述第n个输入端的判决结果为所述第一数值，若所述第n个放大模块的输出电压小于所述判决电压，则判定所述第n个输入端的判决结果为所述第二数值；所述第n个放大模块为所述M个放大模块中的任意一个放大模块，所述第n个输入端为所述第n个放大模块对应的输入端。
结合第一方面或其上述实现方式中的任一种，在第六种可能的实现方式中，所述放大模块包括跨阻放大器。
结合第一方面或其上述实现方式中的任一种，在第七种可能的实现方式中，所述模数转换器还包括：调制器，所述调制器的输出端连接所述光分束器的输入端，所述调制器，用于将模拟电信号通过转换为所述模拟光信号输入所述光分束器中。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述调制器包括：包含激光源的调制器，或者具有内调制功能的激光源。
第二方面，提供一种模数转换器，所述模数转换器包括：光分束器、M个光探测器、与所述M个光探测器对应的M个放大模块，与所述M个放大模块对应的M个判决器、编码器；其中，所述光分束器的每个输出端对应一个所述光探测器的输入端，每个所述光探测器的输出端连接至一个所述大模块的输入端，每个所述放大模块的输出端连接一个所述判决器，每个所述判决器的输出端连接所述编码器的一个输入端；
所述光分束器，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器，所述M路光信号功率相等；
所述光探测器，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中，所述M个光探测器的转换效率相等；
所述放大模块，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的判决器；所述M个放大模块的放大倍数相等；
所述M个判决器中均设置有判决电压，所述M个判决器中从第1个判决器至第M个判决器的判决电压按照预设比例依次递增，所述判决器，用于将输入的所述输出电压与所述判决器的判决电压进行比较，得到判决结果，并将所述判决结果传输至对应的编码器输入端中；
所述编码器，用于根据M个判决结果生成数字信号；
其中，所述模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，所述数字信号为N位，M、N为正整数。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述M个判决器中从第1个判决器至第M个判决器的判决电压按照预设比例依次递增包括：所述M个判决器中的第n个判决器的判决电压为(n-k)ΔI；
其中I为所述M路电流的大小，Δ为所述M个放大模块的放大倍数，ΔI为所述M个输出电压的大小，Δ为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于M。
结合第二方面或其第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述M个判决结果中，每个判决结果的值包括第一数值或第二数值，所述编码器具体用于：
统计所述M个判决结果中值为所述第一数值的判决结果的数量；
根据所述数量生成所述数字信号，所述数字信号为N位。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第n个判决器具体用于：
若第n个放大模块的输出电压大于或等于所述第n个判决器的判决电压，则判定所述第n个判决器的判决结果为所述第一数值，若第n个放大模块的输出电压小于所述第n个判决器的判决电压，则判定所述第n个判决器的判决结果为所述第二数值；所述第n个放大模块为所述M个放大模块中的任意一个放大模块，所述第n个判决器为与所述第n个放大模块对应的判决器。
结合第二方面或其上述实现方式中的任一种，在第四种可能的实现方式中，所述放大模块包括跨阻放大器。
结合第二方面或其上述实现方式中的任一种，在第五种可能的实现方式中，所述模数转换器还包括：调制器，所述调制器的输出端连接所述光分束器的输入端，所述调制器，用于将模拟电信号通过转换为所述模拟光信号输入所述光分束器中。
结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述调制器包括：包含激光源的调制器，或者具有内调制功能的激光源。
综上所述，本发明实施例提供一种模数转换器，包括：光分束器、M个光探测器、与M个光探测器对应的M个放大模块、编码器；其中，光分束器的每个输出端对应一个光探测器的输入端，每个光探测器的输出端连接至一个放大模块的输入端，每个放大模块的输出端连接编码器的一个输入端；其中，光分束器用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器中，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中，其中，可以通过设置光分束器的输出信号的功率，或者M个光探测器的转化效率，或者M个放大模块的放大倍数，或者M个不同判决电压中的至少一种来实现比较器，使编码器根据M个输出电压与判决电压的判决结果输出数字信号。与现有技术中，需要将模拟光信号先转化成模拟电信号，然后进行电的ADC相比，本发明实施例能够将模拟光信号直接转化为数字信号，通过全光回路实现了模数转换，从而摆脱了传统电信号采样头的固有限制，从而能够大大提高ADC的速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种模数转换器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种模数转换器的结构示意图；
图3a为本发明实施例提供的模数转换器中光分束器、光探测器和放大模块的连接示意图；
图3b为本发明实施例提供的模数转换器中光分束器、光探测器和放大模块的另一连接示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种模数转换器的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种模数转换器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种模数转换器的结构示意图；
图7为现有技术中的一种调制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种模数转换器，所述模数转换器包括：光分束器、M个光探测器、与所述M个光探测器对应的M个放大模块、编码器；其中，所述光分束器的每个输出端对应一个所述光探测器的输入端，每个所述光探测器的输出端连接至一个所述放大模块的输入端，每个所述放大模块的输出端连接所述编码器的一个输入端；
所述光分束器，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器中；
所述光探测器，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中；
所述放大模块，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；
所述编码器，用于将输入的M个输出电压与判决电压进行比较，得到M个判决结果，并根据所述M个判决结果生成数字信号；
其中，包括以下至少一种；
所述M路光信号中从第1路光信号至第M路光信号的功率按照第一预设比例逐个递减，所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减，所述M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减，使输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减。
可以理解为，可以选择上述至少一种方式，也可以选取几种方式的组合，使得输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减，应理解的是，若在上述方式中择一执行，则其他的属于同一类的器件的系数应当相等，此时第一预设比例、第二预设比例或第三预设比例等于该第四预设比例，例如，若M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减，则可以使所述M路光信号的功率相等，所述M个光探测器的转换效率相等，此时第四预设比例等于第三预设比例，以此类推。若在上述方式中选择至少两种方式，则除了该至少两种方式外的其他属于同一类的器件的系数应当相等，例如，选择所述M路光信号中从第1路光信号至第M路光信号的功率按照第一预设比例逐个递减，以及所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减，此时可以使M个放大模的放大倍数相等，则M个光探测器输出的电流信号应当按照第四预设比例逐个递减，由于M个放大模的放大倍数相等，所以使输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减。
其中，所述模数转换器为N位精度的模数转换器，M等于2N-1，所述数字信号为N位，M、N为正整数。
本发明实施例提供另一种模数转换器，可以在每个放大器和该放大器对应的编码器输入端之间设置一个判决器，该模数转换器包括：光分束器、M个光探测器、与所述M个光探测器对应的M个放大模块，与所述M个放大模块对应的M个判决器、编码器；其中，所述光分束器的每个输出端对应一个所述光探测器的输入端，每个所述光探测器的输出端连接至一个所述大模块的输入端，每个所述放大模块的输出端连接一个所述判决器，每个所述判决器的输出端连接所述编码器的一个输入端；
所述光分束器，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器，所述M路光信号功率相等；
所述光探测器，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中，所述M个光探测器的转换效率相等；
所述放大模块，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的判决器；所述M个放大模块的放大倍数相等；
所述M个判决器中均设置有判决电压，所述M个判决器中从第1个判决器至第M个判决器的判决电压按照预设比例依次递增，所述判决器，用于将输入的所述输出电压与所述判决器的判决电压进行比较，得到判决结果，并将所述判决结果传输至对应的编码器输入端中；
所述编码器，用于根据M个判决结果生成数字信号；
其中，所述模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，所述数字信号为N位，M、N为正整数。
为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本发明实施例提供的技术方案，下面通过具体的实施例，对本发明的实施例提供的模数转换器进行详细说明，如图2所示，该模数转换器包括：
光分束器1、M个光探测器2、与所述M个光探测器2对应的M个放大模块3、编码器4。其中，光分束器1的每个输出端对应一个光探测器2的输入端，每个光探测器2的输出端连接至一个放大模块3的输入端，每个放大模块3的输出端连接编码器4的一个输入端；其中，M为正整数。
其中，光分束器1的每个输出端对应一个光探测器2的输入端，可以理解为，光分束器1的每个输出端与光探测器2的输入端的连接不是物理连接，而是由光分束器1的每个输出端输出的光信号直接照射光探测器2，示例性的，光分束器1与光探测器2、放大模块3的连接方式可以如图3a或图3b所示，图3a、图3b中的V表示给光探测器2提供的偏压。
在本发明各个实施例中放大模块3可以是跨阻放大器，也可以是其他具有将电流转为电压和信号放大功能的器件。
在第一种实现方式中，可以通过采用相同转换效率的M个光探测器2、以及不同放大倍数的M个放大模块3来实现比较器功能，具体的：
将需要进行A/D转换的模拟光信号直接输入至光分束器1的输入端，光分束器1，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并输出至对应的光探测器2；光分束器1输出的M路光信号功率相等。
光探测器2，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块3；M个光探测器2输出的M路电流信号的大小相等。
放大模块3用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；M个放大模块3中从第1个放大模块3至第M个放大模块3的放大倍数按照预设比例逐个递减。
编码器4，用于将输入的M个输出电压与判决电压进行比较，根据比较结果输出数字信号。
示例性的，模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，其中N为正整数。通过下面的例子，对上述第一种实现方式提供的模数转换器进行详细说明。
首先，模拟光信号输入光分束器1后，光分束器1将模拟光信号分成2N-1路功率相等的光信号，并将这2N-1路光信号分别输出至2N-1个光探测器2。其中，光分束器1可以使用硅波导或二氧化硅波导来实现，也可以用其他方式来实现。
由于2N-1个光探测器2的转换效率完全相同，因此2N-1个光探测器2根据2N-1路光信号转换成的2N-1路电流信号的大小均相同，假设这2N-1路电流信号均为I，本实施例中光探测器可以是光电二极管。
放大模块3的放大倍数可以理解为放大模块3的输出电压与输入光生电流信号的比值，该2N-1个放大模块3的放大倍数可以设置为按照预设比例逐个递减，例如可以包括：
该2N-1个放大模块3中的第n个(图2中所示的2N-1个放大模块3中，沿图2中竖直方向由上至下分别为第1个～第2N-1个放大模块3)放大模块3的放大倍数为Δ/(n-k)，其中Δ为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1，且n小于或等于2N-1。即该2N-1个放大模块3的放大倍数分别为Δ/(1-k)，Δ/(2-k)，Δ/(3-k)，…，Δ/(2N-1-k)。可选的，若放大模块3为跨阻放大器，其放大倍数可以通过改变跨接的电阻的阻值来调节。
在2N-1个光探测器2将2N-1路大小为I的电流信号输入上述2N-1个放大模块3后，该2N-1个放大模块3输出的2N-1个输出电压分别为：ΔI/(1-k)，ΔI/(2-k)，ΔI/(3-k)，…，ΔI/(2N-1-k)，而后2N-1个放大模块3分别将该2N-1个输出电压输入至编码器4。
编码器4中预先设置有判决电压，示例性的，该判决电压可以为ΔI/(1-k)。需要注意的是，通常编码器的判决电压是确定的，所以在实际的方案实现中，是根据编码器的判决电压来设置放大模块的放大倍数的，也就是说本实施例中判决电压ΔI/k是已知的，2N-1个放大模块3的放大倍数是根据该判决电压ΔI/k设置的。
而后，编码器将2N-1个输出电压分别(并行的)与判决电压进行比较，根据比较结果获取编码器4的2N-1个输入端的判决结果，具体的：
若从第n个输入端输入的第n个放大模块的输出电压大于或等于判决电压，则判定第n个输入端的判决结果为第一数值，若该第n个放大模块的输出电压小于判决电压，则判定第n个输入端的输入为第二数值，该第n个放大模块为该2N-1个放大模块中的任意一个，该第n个输入端为该第n个放大模块对应的输入端，第一数值和第二数值可以分别为1和0。
最后，编码器4再利用2N-1个输入端的判决结果通过计算获取输出N位数字信号。
具体的，编码器可以统计2N-1个判决结果中1的数量，根据该数量生成N位数字信号。
示例性的，在本实施例中令k＝0，则判决电压为ΔI，该2N-1个放大模块的放大倍数分别为Δ、Δ/2、Δ/3、…、Δ/2N-1，则该2N-1放大模块输出的2N-1个输出电压分别为：ΔI，ΔI/2，ΔI/3，…，ΔI/(2N-1)。将2N-1个输出电压ΔI，ΔI/2，ΔI/3，…，ΔI/(2N-1)分别与ΔI进行比较，可以得出第1个放大模块的输出电压不小于判决电压，所以得到的编码器4的2N-1个输入端的判决结果分别为1，0，0，0，…，0，此时2N-1个判决结果中1的数量为1，则编码器根据该2N-1个输入值计算获取输出N位数字信号为00…001。
如果输入的模拟光信号发生变化，假设每个光探测器产生的光生电流信号变为2I，那么第1个和第2个放大模块的输出电压都不小于判决电平，此时2N-1个判决结果中1的数量为2，则编码器4输出的N位数字信号就为00…010。
另外，k也可以取其他值，例如可以令k＝0.5，则判决电压为ΔI/0.5，该2N-1个放大模块的放大倍数分别为Δ/0.5、Δ/1.5、Δ/2.5、…、Δ/(2N-1.5)。另外，k也可以取其他值，例如0.9、0.001等，k的具体取值需要根据输入的模拟光信号的功率来调整，以便为需要进行ADC的模拟光信号选择合适的判决电压，从而使得判决更准确。k的在其他取值时转化数字信号的步骤与k＝0时相同，不再赘述。
通过以上方法就能够实现模拟光信号到数字信号的直接转换。
在第二种实现方式中，可以通过采用不同转换效率的M个光探测器2，采用相同放大倍数的M个放大模块3来实现比较器功能，其中，M为正整数，具体的：
将需要进行A/D转换的模拟光信号直接输入至光分束器1的输入端，光分束器1，用于将输入的模拟光信号分成与M个光探测器2对应的多路光信号，并输出至M个光探测器2；该M路光信号功率相等。
光探测器2，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块3；M个光探测器2输出的M路电流信号中从第1路电流信号至第M路电流信号的大小按照预设比例逐个递减。
放大模块3用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；M个放大模块3的放大倍数相等。
编码器4，用于将M个输出电压与判决电压进行比较，根据比较结果输出数字信号。
示例性的，模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，其中N为正整数。通过下面的例子，对上述第二种实现方式提供的模数转换器进行详细说明。
首先，模拟光信号输入光分束器1后，光分束器1将模拟光信号分成2N-1路功率相等的光信号，并将这2N-1路光信号分别输出至2N-1个光探测器2。其中，光分束器1可以使用硅波导或二氧化硅波导来实现，也可以用其他方式来实现。
而后，2N-1个光探测器2根据2N-1路光信号转换成2N-1路电流信号，并输出至2N-1个放大模块3，由于2N-1个光探测器2的转换效率不同，所以转换成的2N-1路电流信号大小也不同，根据需要可以设置使该2N-1路电流信号的大小按照预设比例逐个递减，例如可以包括：该2N-1个光探测器2中的第n个(图2中所示的2N-1个光探测器2中，沿图2中竖直方向由上至下分别为第1个～第2N-1个光探测器2)光探测器2转换成的电流信号为I/(n-k)，其中k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1，且n小于或等于2N-1。即该2N-1路电流信号分别为I/(1-k)，I/(2-k)，I/(3-k)，…，I/(2N-1-k)。本实施例中光探测器可以是光电二极管。
该2N-1个放大模块3的放大倍数相同，可以均设置为Δ，Δ的大小为参考电压的2N分之一，则在2N-1个光探测器2将2N-1路电流信号输入上述2N-1个放大模块3后，该2N-1个放大模块3输出的2N-1个输出电压分别为：ΔI/(1-k)，ΔI/(2-k)，ΔI/(3-k)，…，ΔI/(2N-1-k)，而后2N-1个放大模块3分别将该2N-1个输出电压输入至编码器4。
编码器4中预先设置有判决电压，示例性的，该判决电压可以为ΔI/(1-k)。
而后，编码器将2N-1个输出电压分别(并行的)与判决电压进行比较，根据比较结果获取编码器4的2N-1个输入端的判决结果，具体的步骤与第一种实施方式中获取编码器4的2N-1个输入端的判决结果的步骤完全相同，不再赘述。
最后，编码器4再利用2N-1个输入端的判决结果通过计算获取输出N位数字信号。
示例性的，在本实施例中令k＝0，则判决电压为ΔI，该2N-1路电流信号分别为I，I/2，I/3，…，I/(2N-1)，该由于2N-1个放大模块的放大倍数均为Δ，则该2N-1放大模块输出的2N-1个输出电压分别为：ΔI，ΔI/2，ΔI/3，…，ΔI/(2N-1)。将2N-1个输出电压ΔI，ΔI/2，ΔI/3，…，ΔI/(2N-1)分别与ΔI进行比较，可以得出只有第1个放大模块的输出电压不小于判决电压，所以得到的编码器4的2N-1个输入端的判决结果分别为1，0，0，0，…，0，此时2N-1个判决结果中1的数量为1，则编码器根据该2N-1个判决结果计算获取输出N位数字信号为00…001。
如果输入的模拟光信号发生变化，假设每个光探测器产生的光生电流信号变为2I，那么第1个和第2个放大模块的输出电压将不小于判决电平，此时2N-1个判决结果中1的数量为2，则此时编码器4输出的N位数字信号就为00…010。
另外，k也可以取其他值，例如可以令k＝0.5，则判决电压为ΔI/0.5，该2N-1路电流信号分别为I/0.5、I/1.5、I/2.5、…、I/(2N-1.5)，则2N-1个放大模块的输出电压为IΔ/0.5、IΔ/1.5、IΔ/2.5、…、IΔ/(2N-1.5)。另外，k也可以取其他值，例如0.9、0.001等，k的具体取值需要根据输入的模拟光信号的功率来调整，以便为需要进行ADC的模拟光信号选择合适的判决电压，从而使得判决更准确。k的在其他取值时转化数字信号的步骤与k＝0时相同，不再赘述。
通过以上方法就能够实现模拟光信号到数字信号的直接转换。
在第三种实现方式中，可以通过采用转换效率相同的M个光探测器2，相同放大倍数的M个放大模块3，通过设置光分束器1分光后输出的M路光信号的功率按照预设比例逐个递减的来实现比较器功能，具体的：
光分束器1，用于将输入的模拟光信号分成与M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器2；M路光信号中从第1路光信号至第M路光信号的功率按照预设比例逐个递减。
光探测器2，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块3中；M个光探测器2的转换效率相等。
放大模块3，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；M个放大模块3的放大倍数相等。
编码器4，用于将M个输出电压与判决电压进行比较，根据比较结果输出数字信号。
示例性的，模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，其中N为正整数。通过下面的例子，对上述第三种实现方式提供的模数转换器进行详细说明。
模拟光信号输入光分束器1后，光分束器1将模拟光信号分成2N-1路光信号，并将这2N-1路光信号分别输出至2N-1个光探测器2。其中，通过配置光分束器1可以使该2N-1路光信号的功率按照预设比例逐个递减，例如可以使该2N-1路光信号中第n路(图2中所示的2N-1路光信号中，沿图2中竖直方向由上至下分别为第1路～第2N-1路光信号)光信号的功率p/n-k，其中k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于2N-1。即该2N-1路光信号的功率分别为：p/(1-k)，p/(2-k)，p/(3-k)，…，p/(2N-1-k)。其中，光分束器1可以使用硅波导或二氧化硅波导来实现，也可以用其他方式来实现。
由于光探测器2转换成的电流信号等于输入的光信号的功率乘以光探测器2的转换效率，故光探测器2转换成的电流信号的大小与输入的光信号的功率大小成正比，所以2N-1光探测器2转换成的电流信号分别为I/(1-k)，I/(2-k)，I/(3-k)，…，I/(2N-1-k)。本实施例中光探测器可以是光电二极管。
该2N-1个放大模块3的放大倍数相同，可以均设置为Δ，Δ的大小为参考电压的2N分之一，则在2N-1个光探测器2将2N-1路电流信号输入上述2N-1个放大模块3后，该2N-1个放大模块3输出的2N-1个输出电压分别为：ΔI/(1-k)，ΔI/(2-k)，ΔI/(3-k)，…，ΔI/(2N-1-k)，而后2N-1个放大模块3分别将该2N-1个输出电压输入至编码器4。
编码器4中预先设置有判决电压，示例性的，该判决电压可以为ΔI/(1-k)。
而后，编码器将2N-1个输出电压分别(并行的)与判决电压进行比较，根据比较结果获取编码器4的2N-1个输入端的判决结果，具体的步骤与第一种实施方式中获取编码器4的2N-1个输入端的判决结果的步骤完全相同，不再赘述。
最后，编码器4再利用2N-1个输入端的判决结果通过计算获取输出N位数字信号。其中，编码器将2N-1个输出电压分别与判决电压进行比较的详细步骤与第二种实施方式的步骤完全相同，不再赘述。
在第四种实现方式中，光分束器1分光后输出的M路光信号的功率相同，M个光探测器2的转换效率相同，M个放大模块3的放大倍数相同，通过在M个放大模块与编码器之间加入M个判决器来实现比较器功能，如图4所示，光分束器1的每个输出端对应一个光探测器2的输入端，每个光探测器2的输出端连接至一个放大模块3的输入端，每个放大模块3的输出端连接一个判决器5，每个判决器5的输出端连接编码器4的一个输入端，具体的：
光分束器1，用于将输入的模拟光信号分成与M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器2；该M路光信号功率相等。
光探测器2，用于将将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块3中；该M个光探测器2的转换效率相等。
放大模块3，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的判决器5；该M个放大模块3的放大倍数相等。
M个判决器5中均设置有判决电压，M个判决器中从第1个判决器至第M个判决器的判决电压按照预设比例依次递增，判决器5，用于输入的输出电压与该判决器5的判决电压进行比较，得到判决结果，并将判决结果传输至对应的编码器输入端中。
编码器4，用于根据M个判决结果生成数字信号。
示例性的，模数转换器为N位精度的模数转换器，M＝2N-1个，其中N为正整数。通过下面的例子，对上述第四种实现方式提供的模数转换器进行详细说明。
首先，模拟光信号输入光分束器1后，光分束器1将模拟光信号分成2N-1路功率相等的光信号，并将这2N-1路光信号分别输出至2N-1个光探测器2。其中，光分束器1可以使用硅波导或二氧化硅波导来实现，也可以用其他方式来实现。
由于2N-1个光探测器2的转换效率完全相同，因此2N-1个光探测器2根据2N-1路光信号转换成的2N-1路电流信号的大小均相同，假设这2N-1路电流信号均为I，本实施例中光探测器可以是光电二极管。
该2N-1个放大模块3的放大倍数相同，可以均设置为Δ，Δ的大小为参考电压的2N分之一，则在2N-1个光探测器2将2N-1路电流信号输入上述2N-1个放大模块3后，该2N-1个放大模块3输出的2N-1个输出电压均为：ΔI，而后2N-1个放大模块3分别将该2N-1个输出电压输入至2N-1个判决器5。
通过2N-1个判决器5可以使该2N-1个判决器5的判决电压按照预设比例依次递增，例如可以使该2N-1个判决器5中第n个(图4中所示的2N-1个判决器中，沿图4中竖直方向由上至下分别为第1个～第2N-1个判决器)判决器的判决电压为(n-k)ΔI，其中k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于2N-1。即该2N-1个判决器5的判决电压分别为：(1-k)ΔI，(2-k)ΔI，(3-k)ΔI，…，(2N-1-k)ΔI。
该2N-1个判决器5分别将该2N-1个输出电压与自身的判决电压进行比较，获取多个判决结果，并将多个判决结果传输至编码器4。
最后，编码器4再利用2N-1个输入端的判决结果通过计算获取输出N位数字信号。
示例性的，在本实施例中令k＝0，则2N-1个判决器的判决电压分别为ΔI，2ΔI，3ΔI，…，(2N-1)ΔI，由于该2N-1个电流均为I，该2N-1个放大模块的放大倍数均为Δ，则该2N-1放大模块输出的2N-1个输出电压均为：ΔI。将2N-1个输出电压ΔI分别与判决电压ΔI，2ΔI，3ΔI，…，(2N-1)ΔI进行比较，可以得出第1个放大模块的输出电压不小于判决电压，所以得到的编码器4的2N-1个输入端的判决结果分别为1，0，0，0，…，0，此时2N-1个判决结果中1的数量为1，则编码器根据该2N-1个判决结果计算获取输出N位数字信号为00…001。
如果输入的模拟光信号发生变化，假设每个光探测器产生的光生电流信号变为2I，那么第1个和第2个放大模块的输出电压都不小于判决电平，此时2N-1个判决结果中1的数量为2，此时编码器4输出的N位数字信号就为00…010。
另外，k也可以取其他值，例如可以令k＝0.5，则判决电压分别为0.5ΔI，1.5ΔI，2.5ΔI，…，(2N-1.5)ΔI。另外，k也可以取其他值，例如0.9、0.001等，k的具体取值需要根据输入的模拟光信号的功率来调整，以便为需要进行ADC的模拟光信号选择合适的判决电压，从而使得判决更准确。k的在其他取值时转化数字信号的步骤与k＝0时相同，不再赘述。
当然，上述M个判决器5的判决电压也可以完全相同，这种情况下，也可以通过设置以下至少一种方式来实现比较器：M个放大模块的放大倍数按照预设比例递减，M个光探测器2的转换效率按照预设比例递减，光分束器的M个输出端输出的M路光信号的功率按照预设比例递减，这几种方式的实现方法分别与前述的第一种实现方式、第二种实现方式以及第三种实现方式相同，不再赘述。
通过以上方法就能够实现模拟光信号到数字信号的直接转换。
与现有技术中需要将模拟光信号先转化成模拟电信号，然后进行电的ADC相比，本发明实施例能够将模拟光信号直接转化为数字信号，通过全光回路实现了模数转换，从而摆脱了传统电信号采样头的固有限制，从而能够大大提高ADC的速率。
另外，除了能够将光信号直接转换为数字信号，本发明实施例提供的光电数模转换器也能够应用于将模拟电信号转换为数字信号的场景，从而提高模拟电信号场景的转换速率，其方法具体包括，先将模拟电信号输入至调制器(如电吸收调制器)转换为模拟光信号，再将模拟光信号输出至光分束器1，模拟光信号输入至光分束器1之后的处理过程可以参照前述实施例。其中，上述调制器可以为包括激光源的调制器(常用的如马赫曾德调制器)，如图5所示，或者具有内调制功能的激光源，如图6所示。
示例性的，以上述马赫曾德调制器为例，马赫曾德调制器是业界最近提出的一种隔离度非常高的收发隔离器，如图7所示，其原理为：
光源126发出的光被分束器124分为功率相等的两束光，进入马赫曾德调制器的左右两臂(图6中两臂沿竖直方向绘出，故称为左右两臂，业界内通常也沿水平方向绘示，故也可称为上下两臂)。两束光在合束器128上合成一束。在合束时，如果左右两臂的光相位差为0度，则发生相长干涉，此时合束之后的光功率最大。如果相位差为180度，则输出光功率为0。相位差不同，输出的光功率也不同，图6中虚线框中的梭形线表示光路。
164、166、168为电极。电极164和电极166之间的电压差将在电极164和电极166之间产生电场，改变右边的臂上的光折射率，从而改变在右臂上传播的光的相位，同理电极168和电极166之间的电压差将在电极168和电极166之间产生电场，改变左边的臂上的光折射率，从而改变在左臂上传播的光的相位。通过这样的原理，通过控制电极164、电极168上的电压就能影响马赫曾德调制器的输出功率，具体的：
发射信号源103的发射信号(模拟电信号)经过3dB分束器104(图6中3dB是指这个分束器104分束比是1:1，即两个输出端口的信号功率相等)分成两束。其中右边的信号穿过电极164，然后传输到天线122上，左边的信号传输到电极168上，信号监控端口120用于连接监控发射信号的装置。当发射信号源103的发射信号为正电平时，分到左边的信号由于被反向，所以电极168上为负电平，由于电极166接地，所以电极168和电极166之间的电场方向为从右到左。电极164上电平为正电平，所以电极164和电极166之间的电场也是从右到左。这样马赫曾德两个臂上的电压方向和大小一样，两个臂上的相位变化也一样。由此可知，此时发射信号源103的发射信号的电压对马赫曾德干调制器的输出端132不产生影响。同理当发射信号源103的发射信号为负电平的时候，也没有影响，也就是说发射信号源103的发射信号理论上不会串扰到输出端口132。而接收信号源122接收到的接收信号只传输到了电极164上，那么马赫曾德调制器的输出将会随着接收信号源122接收到的接收信号变化而变化，通过这样的方法把接收信号源122接收到的接收信号传输到输出端132处。其中，隔离器110和隔离器112用于防止接收信号或反射信号进入103影响发射机。
但是，在图6所示的现有技术中，需要设置光探测器130将光信号转换为模拟电信号，并通过输出端132输出，在输出端132之后需要设置一个电的高速的ADC，比如图1所示的ADC，将接收到的模拟电信号转换为数字信号。但是图1所示的ADC由于电路自身的局限性，可能无法满足上述场景对于ADC转换速率的要求。本发明实施例提供的光电数模转换器能够直接将光信号转换为数字信号，能够满足上述场景对于ADC转换速率的要求，因此不需要设置图6中的光探测器130，可以将合束器128合束后的光信号直接输入本发明实施例提供的光电数模转换器，从而满足业务需要。
综上所述，本发明实施例提供一种模数转换器，包括：光分束器、M个光探测器、与M个光探测器对应的M个放大模块、编码器；其中，光分束器的每个输出端对应一个光探测器的输入端，每个光探测器的输出端连接至一个放大模块的输入端，每个放大模块的输出端连接编码器的一个输入端；其中，光分束器用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器中，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中，其中，可以通过设置光分束器的输出信号的功率，或者M个光探测器的转化效率，或者M个放大模块的放大倍数，或者M个不同判决电压中的至少一种来实现比较器，使编码器根据M个输出电压与判决电压的判决结果输出数字信号。与现有技术中，需要将模拟光信号先转化成模拟电信号，然后进行电的ADC相比，本发明实施例能够将模拟光信号直接转化为数字信号，通过全光回路实现了模数转换，从而摆脱了传统电信号采样头的固有限制，从而能够大大提高ADC的速率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种模数转换器，其特征在于，所述模数转换器包括：光分束器、M个光探测器、与所述M个光探测器对应的M个放大模块、编码器；其中，所述光分束器的每个输出端对应一个所述光探测器的输入端，每个所述光探测器的输出端连接至一个所述放大模块的输入端，每个所述放大模块的输出端连接所述编码器的一个输入端；
所述光分束器，用于将输入的模拟光信号分成M路光信号，并将每路光信号输出至对应的光探测器中；
所述光探测器，用于将输入的光信号转换成电流信号，并输入至对应的放大模块中；
所述放大模块，用于根据输入的电流信号生成输出电压，并输出至对应的编码器输入端中；
所述编码器，用于将输入的M个输出电压与判决电压进行比较，得到M个判决结果，并根据所述M个判决结果生成数字信号；
其中，包括以下至少一种；
所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减，所述M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减，使输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减；
其中，所述模数转换器为N位精度的模数转换器，M等于2N-1，所述数字信号为N位，M、N为正整数。
2.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述M个放大模块中从第1个放大模块至第M个放大模块的放大倍数按照第三预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的放大倍数为Δ/(n-k)；
若所述M个光探测器输出的M个电流信号大小相等，则所述输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的输出电压为ΔI/(n-k)，其中I为所述M个光探测器输出的M个电流信号的大小；
所述判决电压为ΔI/(1-k)；
其中Δ的大小为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1，且n小于或等于M。
3.根据权利要求1所述的模数转换器，其特征在于，所述M个光探测器中从第1个光探测器至第M个光探测器的转换效率按照第二预设比例逐个递减包括：所述M个光探测器中的第n个光探测器的转换效率为1/(n-k)；
若所述M路光信号的功率相等，则所述M个光探测器中的第n个光探测器输出的电流信号的大小为I/(n-k)；
若所述M个放大模块的放大倍数相等，则所述输入所述编码器的所述M个输出电压从第1个输出电压至第M个输出电压按照第四预设比例逐个递减包括：所述M个放大模块中的第n个放大模块的输出电压为ΔI/(n-k)；
所述判决电压为ΔI/(1-k)；
其中Δ为所述M个放大模块的放大倍数，Δ的大小为参考电压的2N分之一，k为系数，k为正数，n为正整数，n的起始值为1且n小于或等于M。
4.根据权利要求1-3任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述编码器具体用于：
将从M个输入端输入的M个输出电压与判决电压进行比较，得到M个判决结果，其中每个判决结果的值包括第一数值或第二数值；
统计所述M个判决结果中值为所述第一数值的判决结果的数量；
根据所述数量生成所述数字信号，所述数字信号为N位。
5.根据权利要求4所述的模数转换器，其特征在于，所述编码器具体用于：
若从第n个输入端输入的第n个放大模块的输出电压大于或等于所述判决电压，则判定所述第n个输入端的判决结果为所述第一数值，若所述第n个放大模块的输出电压小于所述判决电压，则判定所述第n个输入端的判决结果为所述第二数值；所述第n个放大模块为所述M个放大模块中的任意一个放大模块，所述第n个输入端为所述第n个放大模块对应的输入端。
6.根据权利要求1-3任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述放大模块包括跨阻放大器。
7.根据权利要求1-3任一项所述的模数转换器，其特征在于，所述模数转换器还包括：调制器，所述调制器的输出端连接所述光分束器的输入端，所述调制器，用于将模拟电信号通过转换为所述模拟光信号输入所述光分束器中。
8.根据权利要求7所述的模数转换器，其特征在于，所述调制器包括：包含激光源的调制器，或者具有内调制功能的激光源。
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