convertisseur analogique-numérique à étirement temporel

Un convertisseur analogique-numérique à étirement temporel est une technique de traitement du signal qui étire optiquement ou électroniquement une forme d'onde analogique rapide sur une fenêtre temporelle plus longue avant la numérisation. Le signal entrant, généralement avec une bande passante de l'ordre du gigahertz, est traité par un milieu dispersif ou un système de lentille temporelle qui mappe son contenu fréquentiel sur le temps. Un ADC conventionnel échantillonne ensuite cette version étirée à des débits qu'il peut réellement gérer, généralement de l'ordre du mégahertz. Après numérisation, le signal est mathématiquement compressé pour révéler la forme d'onde haute vitesse originale. Cela permet de mesurer des événements transitoires et des signaux rapides à l'aide de numériseurs standard qui, autrement, seraient incapables de les capturer.

L'implémentation optique utilise la dispersion de la fibre ou un composant dispersif en longueur d'onde pour étirer le signal. Une impulsion courte et large bande entrant dans le système en ressort comme une impulsion plus longue avec ses informations de fréquence encodées comme position le long de l'axe temporel. Une photodiode et un échantillonneur conventionnel numérisent ensuite cette impulsion optique étirée. Les convertisseurs électroniques à étirement temporel utilisent des principes similaires avec des composants électriques, employant souvent un modulateur de phase et un filtrage passe-bas pour obtenir la compression de bande passante. Les deux approches nécessitent un étalonnage précis, car le facteur d'étirement et le mappage entre les fréquences originales et étirées doivent être connus exactement pour la reconstruction du signal.

Où l'étirement temporel est important

Les ADC à étirement temporel excellent dans la capture d'événements uniques et non répétitifs qui sont trop rapides pour une numérisation en temps réel. Les tests de télécommunications, l'analyse d'impulsions radar, la recherche en photonique ultrarapide et les détecteurs de physique des hautes énergies reposent tous sur ces convertisseurs. Un signal de 100 gigahertz peut être étiré par un facteur de 1000, réduisant sa bande passante effective à 100 mégahertz, qu'un ADC standard peut enregistrer à 200 mégaéchantillons/seconde. Le compromis est qu'une fenêtre limitée du signal original ne tient que dans le domaine étiré ; vous capturez des millisecondes de temps étiré à partir de nanosecondes de temps réel.

Les contraintes pratiques incluent la nécessité d'une synchronisation précise et la connaissance du moment où l'événement arrive. La profondeur d'étirement temporel est limitée par la dispersion disponible, le plancher de bruit du photodétecteur ou de l'amplificateur, et la linéarité du milieu d'étirement. Les algorithmes de reconstruction doivent tenir compte de la fonction de transfert spécifique de l'élément dispersif. La dérive en température et le vieillissement des composants dégradent la linéarité de l'étirement, nécessitant un réétalonnage périodique. La technique ajoute de la latence et ne peut pas être utilisée pour le contrôle en temps réel ou les systèmes de rétroaction qui exigent une réponse immédiate.

Le nom reflète le mécanisme central : le convertisseur ne numérise pas directement à grande vitesse. Au lieu de cela, il étire le temps, rendant les événements rapides suffisamment lents pour un échantillonnage conventionnel. Ceci est distinct des techniques traditionnelles de sous-échantillonnage ou d'échantillonnage à temps équivalent, qui reposent sur des formes d'onde répétitives et un déphasage pour reconstruire des signaux périodiques. L'étirement temporel est l'outil pour les transitoires uniques qui se produisent trop rapidement et à des moments imprévisibles pour les méthodes conventionnelles.