逆天！這款ADC采集帶寬320GHz？

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）ADC最常見的參數是采樣率和分辨率、帶寬，采樣率代表ADC采集數據的頻率，分辨率則定義了采集數據的精細度，比如12位、24位等。而帶寬，則決定了采樣率的下限，根據奈奎斯特采樣定理，采樣率必須至少是信號帶寬的兩倍，才能無失真地重建信號。

市面上一些比較領先的高性能ADC，采樣帶寬可以達到2GHz以上，比如ADI 的AD9129理論帶寬最高2.8GHz。但你見過320GHz帶寬的ADC嗎？

最近德國卡爾斯魯厄理工學院團隊在《光：科學與應用》雜志上發表了一篇論文，提出了一種基于微梳的光電混合ADC，實現了創紀錄的320 GHz采集帶寬，對應有效采樣率至少為640 GSa/s。

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

而克爾孤子微梳（Kerr Soliton Microcomb）是一種基于非線性光學效應（克爾效應）在微米級光學諧振腔中產生的頻率梳光源 ，其核心特征是通過孤子態（soliton）實現穩定且超低噪聲的寬光譜輸出。芯片級集成的克爾微梳具有超低相位噪聲和寬光譜發射特性，適合高精度、高帶寬的光電ADC應用。

研究團隊使用高速薄膜鈮酸鋰（TFLN）電光調制器 將寬帶電信號（0–320 GHz）轉換為光信號。通過集成光子電路將光信號分割為多個光譜片（spectral slices），并利用克爾微梳的相位鎖定梳齒作為多波長本地振蕩器（LO）進行相干檢測。數字信號處理（DSP）重建原始電信號，利用光譜重疊區域實現無縫拼接（spectral stitching）。

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

在系統校準上，研究團隊通過測量調制器電光響應（EO transfer function）和光電路徑傳遞函數（OE transfer functions），實現信號精確重建。

最終，團隊首次實現了基于微梳的ADC，采集帶寬高達320 GHz，遠超現有所有ADC技術，對應有效采樣率≥640 GSa/s，有效位數（ENOB）為2.6至3.3 bits；測試了30 GBd 32QAM（24.4 GHz）、40 GBd QPSK（233.4 GHz）和10 GBd 16QAM（264.4 GHz）信號，誤碼率均低于10??。

論文中也提到目前存在的一些問題，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實測約5位等。

但作為一種全新的ADC技術路線，未來這種技術的應用潛力非常巨大。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，替代傳統射頻濾波器、混頻器等組件；在雷達與傳感應用中，超大帶寬提升目標檢測精度和空間分辨率；在示波器等高速測試設備中，解決CMOS集成電路測試中的帶寬瓶頸問題。
小結：

該研究首次將克爾孤子微梳與光電ADC結合，突破了傳統電子ADC的帶寬限制，為超高速信號處理提供了新范式。其核心貢獻在于驗證了微梳在光電混合信號處理中的顛覆性潛力，為下一代通信、傳感和測試技術奠定了基礎。