convertidor analógico-digital de expansión de tiempo

Un convertidor analógico-digital de estiramiento de tiempo es una técnica de procesamiento de señales que estira óptica o electrónicamente una forma de onda analógica rápida a lo largo de una ventana de tiempo más larga antes de la digitalización. La señal entrante, típicamente con un ancho de banda en el rango de los gigahercios, se procesa a través de un medio dispersivo o un sistema de lente de tiempo que mapea su contenido de frecuencia en el tiempo. Un ADC convencional luego muestrea esta versión estirada a velocidades que realmente puede manejar, generalmente en el rango de los megahercios. Después de la digitalización, la señal se comprime matemáticamente para revelar la forma de onda original de alta velocidad. Esto permite la medición de eventos transitorios y señales rápidas utilizando digitalizadores estándar que de otro modo no podrían capturarlas.

La implementación óptica utiliza dispersión de fibra o un componente dispersivo de longitud de onda para estirar la señal. Un pulso corto de banda ancha que ingresa al sistema emerge como un pulso más largo con su información de frecuencia codificada como posición a lo largo del eje de tiempo. Un fotodiodo y un muestreador convencional luego digitalizan este pulso óptico estirado. Los convertidores electrónicos de estiramiento de tiempo utilizan principios similares con componentes eléctricos, a menudo empleando un modulador de fase y filtrado de paso bajo para lograr la compresión del ancho de banda. Ambos enfoques requieren una calibración precisa, ya que el factor de estiramiento y el mapeo entre las frecuencias originales y estiradas deben conocerse exactamente para la reconstrucción de la señal.

Donde el estiramiento de tiempo es importante

Los ADC de estiramiento de tiempo sobresalen en la captura de eventos de una sola toma y no repetitivos que son demasiado rápidos para la digitalización en tiempo real. Las pruebas de telecomunicaciones, el análisis de pulsos de radar, la investigación de fotónica ultrarrápida y los detectores de física de alta energía dependen de estos convertidores. Una señal de 100 gigahercios se puede estirar por un factor de 1000, reduciendo su ancho de banda efectivo a 100 megahercios, que un ADC estándar puede registrar a 200 megamuestras/segundo. La desventaja es que solo una ventana limitada de la señal original encaja en el dominio estirado; se capturan milisegundos de tiempo estirado a partir de nanosegundos de tiempo real.

Las limitaciones prácticas incluyen la necesidad de una sincronización precisa y el conocimiento de cuándo llega el evento. La profundidad del estiramiento de tiempo está limitada por la dispersión disponible, el nivel de ruido del fotodetector o amplificador, y la linealidad del medio de estiramiento. Los algoritmos de reconstrucción deben tener en cuenta la función de transferencia específica del elemento dispersivo. La deriva de temperatura y el envejecimiento de los componentes degradan la linealidad del estiramiento, lo que requiere una recalibración periódica. La técnica agrega latencia y no se puede utilizar para sistemas de control o retroalimentación en tiempo real que exigen una respuesta inmediata.

El nombre refleja el mecanismo central: el convertidor no digitaliza directamente a alta velocidad. En cambio, estira el tiempo, haciendo que los eventos rápidos parezcan lo suficientemente lentos para un muestreo convencional. Esto es distinto de las técnicas tradicionales de submuestreo o muestreo de tiempo equivalente, que se basan en formas de onda repetitivas y desplazamiento de fase para reconstruir señales periódicas. El estiramiento de tiempo es la herramienta para transitorios únicos que ocurren demasiado rápido y en momentos impredecibles para los métodos convencionales.