项目汇总超高速模数转换器的军事应用及DARPA相关项目

项⽬汇总超⾼速模数转换器的军事应⽤及DARPA相关项⽬
模数转换器（ADC）是连接模拟信号和数字信号的桥梁，是现代数字社会不可或缺的重要
组成部分。

随着ADC采样速度的不断增加，越来越多的复杂功能得以实现，例如医学影像、
60GHz⽆线通信和认知雷达等。

随着电磁频谱竞争⽇趋激烈，美国防部希望能将ADC尽可能靠
近天线，以提⾼系统的灵活性和性能，并降低开发成本，因此亟需开发超⾼速ADC，满⾜军⽤
软件⽆线电、雷达、电⼦战等需要⾼采样率和⾼带宽的军事应⽤需求。

现代军事战略和战场⽆线电系统主要特征为覆盖⼀系列频率、多种波形、可快速软件重置
和⾼动态射频环境等。

软件⽆线电（SDR）是指在⽆线电通信系统中⽤软件来替代硬件，以提
供更⾼的灵活性和安全性。

理想的SDR架构是将⾼性能ADC直接接到天线，将滤波器、解调器
等传统射频信号处理器件的功能数字化，这样频率和带宽就可由软件来动态控制，实现系统灵
活性和可重置性的最⼤化。

SDR是军⽤⽆线电现阶段发展的重点，既可通过实现可重置的通⽤
型全双⼯⽆线电系统，满⾜多平台使⽤，还可同时监控多个频率，满⾜⽆⼈机等军⽤系统对回
声和⼲扰威胁检测的需求。

电⼦战系统⽤来识别和应对电⼦威胁，如监控和跟踪雷达系统等。

发现来⾃未知信号的威胁需接收机⼯作在⾮常宽频率范围，如传统的电⼦战系统就要求⼯作在
直流到20GHz频率范围内，⽽ADC是实现该能⼒的重要因素之⼀。

现在的ADC⼀次只能处理有限频谱范围内的信号，有可能忽略雷达、⼲扰、通信和其他有
问题的电磁频谱信号。

美国国防部亟需实现可进⾏超⾼速采样的ADC。

在之前的推送中已报道
过，美国国防先期研究计划局（DARPA）已通过“商⽤时标阵列”（ACT）开发出超⾼速ADC，
采样速率达到每秒600亿次（60 Gs/s），是现有商⽤ADC的10倍，⾜以探测和分析30GHz及以
下频谱内的任何信号，基本覆盖现有雷达、通信和电⼦战等武器装备的⼯作频段。

但随着采样速率的不断提⾼，出现ADC⽆法按预定次数精确采样的问题，如孔径抖动，以
及传统ADC中的采样保持电路的固有限制，已成为向更⾼速度和更⾼精确度发展的瓶颈。

DARPA为此开展了光⼦ADC的研究。

光⼦ADC的研究始于20世纪70年代，可使⽤由锁模激光器产⽣的超稳定光脉冲序列进⾏采
样，采样率可达1THz，锁模激光器能够⽣产⾮常⾼能、脉冲宽度⾮常短和抖动极低的光脉冲
（均是fs级别），尤其适于微波和毫⽶波信号的采样。

光⼦ADC抖动⽔平⽐现有降低3-4个数量
级，加之硅光电集成制造⼯艺的发展，将带来ADC性能的⼤幅提升。

DARPA与光⼦ADC相关
的项⽬包括“远程反序列化和重置ADC”（RADER）和“直接采样数字接收机”（DISARMER）。

RADER项⽬寻求通过加⼊⼀个光电前端来获取⼤于10GHz带宽的采样能⼒，精度达到10有
效⽐特，⽆杂散动态范围（SFDR）达到63dB，能够处理超过50m的远程信号，运⾏功率超过
50⽡。

具体研究内容包括低抖动采样源、全新光⼦ADC架构、配套后端信号处理算法。

DISARMER项⽬寻求研发出⼀个带有光电采样源的ADC，能够直接数字化X波段（8-
12GHz）信号，减少定时抖动和使⽤RF调制器，验证信号保证度是现有最先进技术的100倍。

具体研究内容包括光电集成芯⽚、锁模激光器、后端处理器。