逆天！这款ADC采集带宽320GHz？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）ADC最常见的参数是采样率和分辨率、带宽，采样率代表ADC采集数据的频率，分辨率则定义了采集数据的精细度，比如12位、24位等。而带宽，则决定了采样率的下限，根据奈奎斯特采样定理，采样率必须至少是信号带宽的两倍，才能无失真地重建信号。

市面上一些比较领先的高性能ADC，采样带宽可以达到2GHz以上，比如ADI 的AD9129理论带宽最高2.8GHz。但你见过320GHz带宽的ADC吗？

最近德国卡尔斯鲁厄理工学院团队在《光：科学与应用》杂志上发表了一篇论文，提出了一种基于微梳的光电混合ADC，实现了创纪录的320 GHz采集带宽，对应有效采样率至少为640 GSa/s。

现有电子ADC的带宽受限于模拟电路的抖动（如BiCMOS/CMOS技术最高约60 GHz带宽），多路复用技术难以突破110 GHz，且功耗高。虽然利用光子技术（如锁模激光器）可突破电子瓶颈，但传统方案存在体积大、重复频率低（如2.5 GSa/s）等问题。

而克尔孤子微梳（Kerr Soliton Microcomb）是一种基于非线性光学效应（克尔效应）在微米级光学谐振腔中产生的频率梳光源 ，其核心特征是通过孤子态（soliton）实现稳定且超低噪声的宽光谱输出。芯片级集成的克尔微梳具有超低相位噪声和宽光谱发射特性，适合高精度、高带宽的光电ADC应用。

研究团队使用高速薄膜铌酸锂（TFLN）电光调制器 将宽带电信号（0–320 GHz）转换为光信号。通过集成光子电路将光信号分割为多个光谱片（spectral slices），并利用克尔微梳的相位锁定梳齿作为多波长本地振荡器（LO）进行相干检测。数字信号处理（DSP）重建原始电信号，利用光谱重叠区域实现无缝拼接（spectral stitching）。

其中，关键的克尔微梳技术是基于氮化硅微环谐振腔，自由光谱范围（FSR）为40 GHz，提供了低噪声、高稳定性的多波长LO。

在系统校准上，研究团队通过测量调制器电光响应（EO transfer function）和光电路径传递函数（OE transfer functions），实现信号精确重建。

最终，团队首次实现了基于微梳的ADC，采集带宽高达320 GHz，远超现有所有ADC技术，对应有效采样率≥640 GSa/s，有效位数（ENOB）为2.6至3.3 bits；测试了30 GBd 32QAM（24.4 GHz）、40 GBd QPSK（233.4 GHz）和10 GBd 16QAM（264.4 GHz）信号，误码率均低于10⁻⁵。

论文中也提到目前存在的一些问题，包括在290 GHz附近存在谐振谷、克尔梳的光信噪比（OCNR）有限、电子ADC的ENOB实测约5位等。

但作为一种全新的ADC技术路线，未来这种技术的应用潜力非常巨大。比如在6G通信中，采用基于克尔微梳的超高带宽ADC可以直接处理毫米波/太赫兹信号，替代传统射频滤波器、混频器等组件；在雷达与传感应用中，超大带宽提升目标检测精度和空间分辨率；在示波器等高速测试设备中，解决CMOS集成电路测试中的带宽瓶颈问题。
小结：

该研究首次将克尔孤子微梳与光电ADC结合，突破了传统电子ADC的带宽限制，为超高速信号处理提供了新范式。其核心贡献在于验证了微梳在光电混合信号处理中的颠覆性潜力，为下一代通信、传感和测试技术奠定了基础。