案例分享 | 使用pSim Plus實現(xiàn)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的脈沖幅值調(diào)制技術(shù)仿真

逍遙設(shè)計自動化

光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖像調(diào)制簡介
深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)主要用于處理二維數(shù)據(jù)（如圖像），這些數(shù)據(jù)最初以電子信號形式存在。光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則使用光信號進(jìn)行傳輸，因此需要圖像調(diào)制單元將電子信號轉(zhuǎn)換為光信號，使光學(xué)系統(tǒng)能夠讀取和處理圖像數(shù)據(jù)。本文重點介紹如何使用pSim Plus軟件實現(xiàn)16級脈沖幅值調(diào)制(PAM)單元。這個單元負(fù)責(zé)將表示圖像數(shù)據(jù)的電信號轉(zhuǎn)換成可供光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的光信號。
- d5 Z" u8 y; \" }4 w0 R
8 g% R: n( U1 K( q0 B
2 ]+ }4 l( j( C, T. S脈沖幅值調(diào)制(PAM)在信號轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用
$ _9 E# J' j* A/ D脈沖幅值調(diào)制(PAM)實現(xiàn)電子信號到光信號的轉(zhuǎn)換。在PAM中，輸入信號的幅值被劃分為多個離散等級，每個等級對應(yīng)特定的信號值。

PAM調(diào)制示例

PAM2：僅有兩個幅值等級，表示0和1兩種二進(jìn)制值

PAM4：使用四個不同的幅值等級，對應(yīng)四種二進(jìn)制狀態(tài)
9 S  R: W) W8 P6 Y& G0 ~
+ S! ~5 m1 V: w. \8 d4 [& S

2 @% ^( i' |% u# y3 f3 p0 i2 p) ^! N
PAM的優(yōu)勢
! M1 n& m$ E6 V高階PAM方案（如PAM4）相比低階方案（如PAM2）可在相同時間內(nèi)傳輸更多信息。

PAM在圖像處理中的應(yīng)用
5 @' [) M% _, h% n以灰度圖像為例，每個像素值可視為一個電子信號，這些像素值決定圖像的亮度等級。通過PAM，每個像素的亮度信息被轉(zhuǎn)換為特定強(qiáng)度的光信號。亮度越高，輸出光信號強(qiáng)度越大。
( [5 `* t  {. |
$ g% I+ L) u9 C$ o  b' `
16級PAM調(diào)制單元設(shè)計
使用pSim Plus仿真工具構(gòu)建的16級PAM調(diào)制單元，采用四組壓縮至16個等級的仿真數(shù)據(jù)，加載到具有逐漸增加偏置場的調(diào)制器上，從而調(diào)制光載波。

1 m1 L- b* h" ?0 z# z數(shù)據(jù)傳輸速率比較

NRZ（非歸零碼）：每個符號周期可傳輸兩種狀態(tài)（0和1），相當(dāng)于一位數(shù)據(jù)

PAM16：每個周期可傳輸四位數(shù)據(jù)，傳輸速率是NRZ的四倍



7 u2 k$ w) X; G) P0 s1 FpSim Plus中16級PAM調(diào)制單元的實現(xiàn)步驟
6 l0 Q! D% \# V. C( r4 G2 B# ~1. 仿真環(huán)境設(shè)置
( y; o+ V, m$ R/ D+ I4 I

定義時域仿真區(qū)域

配置必要的域參數(shù)
4 P& [+ F9 G3 W2 c( ~" f. P2 F
5 G- r' X% t1 o5 Z2. 模型參數(shù)調(diào)整
, [( V# b6 R- J% ]

光脈沖整形的上升沿和下降沿比率

光信號的中心頻率、線寬和功率

調(diào)制器長度，注意調(diào)制器長度逐級倍增
- ~0 U4 e' i, r( t/ w
3. 信號轉(zhuǎn)換

光信號通過光電二極管(PD)轉(zhuǎn)換回電信號

* n' A$ s* @* x6 K! a6 D  R1 {9 a4. 信號觀察與分析
8 j# B! U8 L# ]$ w: c, f. {

使用電子示波器和眼圖分析儀觀察分析信號

仿真結(jié)果分析
示波器結(jié)果
PAM16波形顯示16級PAM調(diào)制的光波形，波形幅值在不同時間點出現(xiàn)波動，呈現(xiàn)明顯的階梯狀變化，表示調(diào)制信號的逐級變化。
' d; {% O$ N& E0 H- i8 D0 w6 L8 K
4 y  c) B: o" C1 y. y! a/ ^

- \8 g8 e0 K' _) l( F4 [, f# l眼圖分析結(jié)果

信號躍遷：眼圖展示不同PAM狀態(tài)間的信號躍遷行為

眼圖開啟：可觀察對應(yīng)16個不同符號值的眼圖開啟特性



9 {% c8 D6 M6 N( c1 z- y3 x" r5 h
結(jié)語
, N8 M8 t1 u8 w7 u* L本文介紹了使用pSim Plus仿真工具設(shè)計實現(xiàn)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)16級PAM調(diào)制單元的基本原理和方法。

如需獲取本案例詳細(xì)資料或進(jìn)行技術(shù)交流，點擊左下方“閱讀原文”跳轉(zhuǎn)逍遙問答平臺聯(lián)系，請注明您的研究方向與應(yīng)用場景，便于我們提供更精準(zhǔn)的技術(shù)支持。
- f  z2 G. G2 p# u- \" U  [4 H
6 q/ O  i; ?; S
END

) Q5 g, m/ s* P4 ?' o; Z. _
# z. V4 h  y% e" H  K2 W, k, o歡迎轉(zhuǎn)載

轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！

4 z9 O" T5 R  {# d' y6 g" X: F: w) a
/ Z; w+ H6 `' W6 p1 w- q* v, B. N

1 D' E1 f/ Q$ r, g1 a4 O+ F
關(guān)注我們
$ k5 b. n3 P1 s- l6 C
$ _. `2 t4 |" A. D

. p$ \, i) Z+ x( e7 V/ n6 g

- ]1 ]- V1 k& b: f 6 @2 D" c$ `; W; M5 T4 v: r' u* I

& a7 L" H5 S/ z* l, p! J7 s, n

                     



  z0 Q& w7 p* g( m6 G關(guān)于我們：
. |( b( @3 y9 s/ k1 Z$ [7 C深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

9 I& k. m0 M6 u* O2 y$ I% phttp://www.latitudeda.com/
. P' @/ {4 u- l4 d3 p3 h) I（點擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）