一種可見光通信前端電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可見光通信前端電路，包括：前端發(fā)射電路以及前端接收電路。其中，前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)。前端接收電路用于將LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號。可見，本發(fā)明提供的可見光通信前端電路，無需使用bias-T型偏置電路模塊，電路成本低。且前端發(fā)射電路可利用可變電阻，以耦合的方式，為LED燈組提供可控大小的直流偏置，使得LED能夠提供照明所需的亮度，又使輸入信號的調(diào)制深度高。
【專利說明】一種可見光通信前端電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，是涉及一種可見光通信前端電路?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，隨著可見光通信技術(shù)的逐漸興起，越來越多的科研機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行研究。通常，可見光通信從理論應(yīng)用到實(shí)踐，需要解決模擬前端電路實(shí)現(xiàn)的問題。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)是通過在發(fā)送端配合使用bias-T型偏置電路模塊和放大器電路模塊，以滿足既為LED提供照明所需的電流，又使LED處在良好的線性工作狀態(tài)，以保證信號的完整性。
[0004]但上述方式的模塊價(jià)格昂貴、電源電壓要求高且不易于小型化。除此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述模塊一般都不是LED專用的驅(qū)動模塊，存在阻抗不匹配，高、低頻信號畸變等問題，影響了可見光通信的工作性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可見光通信前端電路，以克服現(xiàn)有技術(shù)中可見光電路成本高、阻抗不匹配的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種可見光通信前端電路，包括:前端發(fā)射電路以及前端接收電路；
[0008]所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)；
[0009]所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號。
[0010]優(yōu)選的，所述前端發(fā)射電路包括:第一電阻、第一電容、可變電阻、第一放大電路，第二放大電路以及LED ；
[0011]所述第一電阻的第一端與所述第一電容的第一端以及外接信號源的輸出端相連，所述第一電容的第二端分別與所述第一放大電路的輸入端以及所述可變電阻的滑動端相連，所述可變電阻串接在第一預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述第二放大電路的輸入端與所述第一放大電路的輸出端相連，所述第二放大電路的輸出端與所述LED相連。
[0012]優(yōu)選的，所述前端接收電路包括:接收二極管、第二電容、電流轉(zhuǎn)電壓電路、低通濾波電路以及增益放大電路；
[0013]所述接收二極管串接在第二預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述接收二極管的陽極通過所述第二電容與所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸入端相連，所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸出端與所述低通濾波電路的輸入端相連，所述增益放大電路的輸入端與所述低通濾波電路的輸出端相連，所述增益放大電路的輸出端作為所述前端接收電路的輸出端。
[0014]優(yōu)選的，所述第一放大電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第二放大電路包括第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器以及所述第二運(yùn)算放大器為0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。
[0015]優(yōu)選的，所述LED為藍(lán)光芯片和黃色熒光粉混合型LED或RGB三基色混合型LED。
[0016]優(yōu)選的，在所述接收二極管處設(shè)置有聚光鏡。
[0017]優(yōu)選的，還包括設(shè)置在所述二極管與所述LED之間的濾光鏡片。
[0018]優(yōu)選的，所述接收二極管為Si PIN型LED或APD。
[0019]優(yōu)選的，所述電流轉(zhuǎn)電壓電路包括AD8015A的集成電路芯片。
[0020]優(yōu)選的，所述前端接收電路還設(shè)置有金屬屏蔽罩。
[0021]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種可見光通信前端電路，包括:前端發(fā)射電路以及前端接收電路。其中，所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)。所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號?？梢姡景l(fā)明提供的可見光通信前端電路，無需使用bias-T型偏置電路模塊，電路成本低。且前端發(fā)射電路可利用可變電阻，以耦合的方式，為LED燈組提供可控大小的直流偏置，使得LED能夠提供照明所需的亮度，又使輸入信號的調(diào)制深度高。另外，采用第一運(yùn)算放大器以及第二運(yùn)算放大器均為寬帶運(yùn)放，能夠有效提高電路傳輸?shù)男畔?。而在前端接收電路中，采用性能?yōu)越的AD8015AR芯片搭建光電轉(zhuǎn)換電路，用集成芯片搭建后級低通濾波、信號放大電路，可以有效提高電路的接收帶寬，并降低接收電路自身引入的噪聲。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信前端電路中前端發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信前端電路中前端接收電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可見光通信前端電路中前端發(fā)射電路的復(fù)用的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明提供了一種可見光通信前端電路，包括:前端發(fā)射電路以及前端接收電路。其中，所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)。所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號?？梢姡景l(fā)明提供的可見光通信前端電路，無需使用bias-T型偏置電路模塊，電路成本低。且前端發(fā)射電路可利用可變電阻，以耦合的方式，為LED燈組提供可控大小的直流偏置，使得LED能夠提供照明所需的亮度，又使輸入信號的調(diào)制深度高。另外，采用第一運(yùn)算放大器以及第二運(yùn)算放大器均為寬帶運(yùn)放，能夠有效提高電路傳輸?shù)男畔?。而在前端接收電路中，采用性能?yōu)越的AD8015AR芯片搭建光電轉(zhuǎn)換電路，用集成芯片搭建后級低通濾波、信號放大電路，可以有效提高電路的接收帶寬，并降低接收電路自身引入的噪聲。
[0028]請參閱附圖1，為本發(fā)明提供的一種可見光通信前端電路中前端發(fā)射電路的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，該可見光通信前端電路還包括前端接收電路，如圖2所示。
[0029]其中，所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)。
[0030]所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號。
[0031]可見，本實(shí)施例提供的可見光通信前端電路無需使用bias-T型偏置電路模塊，電路成本低。
[0032]在上述本發(fā)明提供的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，優(yōu)選的，所述前端發(fā)射電路包括:第一電阻、第一電容、可變電阻、第一放大電路，第二放大電路以及LED。
[0033]其連接關(guān)系為:
[0034]所述第一電阻的第一端與所述第一電容的第一端以及外接信號源的輸出端相連，所述第一電容的第二端分別與所述第一放大電路的輸入端以及所述可變電阻的滑動端相連，所述可變電阻串接在第一預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述第二放大電路的輸入端與所述第一放大電路的輸出端相連，所述第二放大電路的輸出端與所述LED相連。
[0035]同樣，本實(shí)施例還提供了一種前端接收電路的具體結(jié)構(gòu)，包括:接收二極管、第二電容、電流轉(zhuǎn)電壓電路、低通濾波電路以及增益放大電路。
[0036]其各器件的連接關(guān)系為:
[0037]所述接收二極管串接在第二預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述接收二極管的陽極通過所述第二電容與所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸入端相連，所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸出端與所述低通濾波電路的輸入端相連，所述增益放大電路的輸入端與所述低通濾波電路的輸出端相連，所述增益放大電路的輸出端作為所述前端接收電路的輸出端。
[0038]需要說明的是，所述第一放大電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第二放大電路包括第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器以及所述第二運(yùn)算放大器為0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。所述LED為藍(lán)光芯片和黃色熒光粉混合型LED或RGB三基色混合型 LED。
[0039]除此，本實(shí)施例還在所述接收二極管處設(shè)置有聚光鏡。且還在所述二極管與所述LED之間，設(shè)置有濾光鏡片。具體的，所述接收二極管可以為Si PIN型LED或APD。所述電流轉(zhuǎn)電壓電路可以包括AD8015A的集成電路芯片。所述前端接收電路還可以設(shè)置有金屬屏蔽罩。
[0040]現(xiàn)結(jié)合上述連接關(guān)系，對本實(shí)施例提供的可見光通信前端電路的工作原理進(jìn)行說明，如下:
[0041]首先，電路通過設(shè)定第一電阻的阻值(對應(yīng)圖中的56Q的電阻)，實(shí)現(xiàn)與前端信號源電路的阻抗匹配，產(chǎn)生最大功率的信號輸出。其次，有用信號采用交流耦合方式，通過第一電容(對應(yīng)圖中的I U "的電容)接入驅(qū)動電路中，避免直流電流倒灌影響信號源電路的正常工作。之后，電路中還采用第一放大電路，以便為有用信號和直流電壓提供足量的增益，并有效提高信號調(diào)制可用的深度。在信號經(jīng)過第一放大電路后，流經(jīng)第二放大電路，該第二放大電路用于完成將該放大器兩端的輸入電壓差轉(zhuǎn)移到5Q電阻上，以便產(chǎn)生足量的電流，既為LED燈組提供偏置，使其處在線性區(qū)并擁有足量的照明度，又將有用信號加載到燈上，轉(zhuǎn)換為可見光信號發(fā)送出去。
[0042]需要說明的是，由于直流偏置是由前級的偏置電阻引入的，而電阻阻值可調(diào)，所以該驅(qū)動電路的直流偏置大小可調(diào)。
[0043]為了有效濾除了電源電路引入的噪聲，本實(shí)施例還增設(shè)去耦電容。在該前端發(fā)送電路中，放大器可采用低噪、低失諧、高輸出電流、大帶寬和高擺率的運(yùn)放，例如0PA2670、0PA2673、0PA2674系列的放大器芯片，可以實(shí)現(xiàn)大帶寬的信息傳輸，線性度好。而LED既可采用藍(lán)光芯片和黃色熒光粉混合型，也可采用RGB三基色混合型LED。若采用RGB混合型LED，則利用該設(shè)計(jì)，還能通過組合電路，在發(fā)送端使用多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行多光譜調(diào)制，以提高傳輸速率，組合形式如圖3所示。
[0044]在可見光接收端，前端接收電路采用一個(gè)高靈敏度的接收二極管(PD)，以實(shí)現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。為了提高電路的檢測靈敏度，本實(shí)施例還采取了兩種不同的方式:一，給光電二極管加上反向偏壓，通過偏壓降低ro內(nèi)部電容的影響。二，在光電二極管的前方加裝了聚光鏡，以便使照明燈光聚集在光電二極管上的光強(qiáng)最強(qiáng)。
[0045]如果采用單色光傳輸信息，還可通過采用濾光鏡片，消除不必要的背景燈光造成的影響。經(jīng)過ro的作用，有用信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號輸出。為了便于后級電路對信號的處理，實(shí)施例中通過采用一級電流-電壓轉(zhuǎn)換器，將獲得的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并經(jīng)后級低通濾波、高增益放大、A/D轉(zhuǎn)換，恢復(fù)為原始的數(shù)字信息輸出。
[0046]在本實(shí)施例中，接收端的后級濾波、放大電路均采用單片集成芯片，工作性能好，穩(wěn)定性高。接收二極管可采用Si PIN型的LED，如S6968系列，也可采用APD。電流-電壓轉(zhuǎn)換器則采用專門的集成芯片，如AD8015AR，避免了采用寬帶低噪放大器自行搭建所帶來的帶寬限制，較好的實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換電路的功能，使接收電路的工作性能達(dá)到百兆量級。除此，本接收端電路還通過加蓋金屬屏蔽罩，極大削弱了外界電磁信號對接收電路的干擾，提高了接收端電路的靈敏度。
[0047]綜上所述:本發(fā)明提供了一種可見光通信前端電路，包括:前端發(fā)射電路以及前端接收電路。其中，所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)。所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號?？梢?，本發(fā)明提供的可見光通信前端電路，無需使用bias-T型偏置電路模塊，電路成本低。且前端發(fā)射電路可利用可變電阻，以耦合的方式，為LED燈組提供可控大小的直流偏置，使得LED能夠提供照明所需的亮度，又使輸入信號的調(diào)制深度高。另外，采用第一運(yùn)算放大器以及第二運(yùn)算放大器均為寬帶運(yùn)放，能夠有效提高電路傳輸?shù)男畔?。而在前端接收電路中，采用性能?yōu)越的AD8015AR芯片搭建光電轉(zhuǎn)換電路，用集成芯片搭建后級低通濾波、信號放大電路，可以有效提高電路的接收帶寬，并降低接收電路自身引入的噪聲。
[0048]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實(shí)施例提供的裝置而言，由于其與實(shí)施例提供的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。
[0049]對所提供的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所提供的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可見光通信前端電路，其特征在于，包括:前端發(fā)射電路以及前端接收電路； 所述前端發(fā)射電路用于將信號源產(chǎn)生的第一數(shù)字信號進(jìn)行交流耦合并放大后，生成第一電流信號，以使LED工作在線性區(qū)； 所述前端接收電路用于將所述LED產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)低通濾波、增益放大后，生成一與所述第一數(shù)字信號對應(yīng)的第二數(shù)字信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述前端發(fā)射電路包括:第一電阻、第一電容、可變電阻、第一放大電路，第二放大電路以及LED ； 所述第一電阻的第一端與所述第一電容的第一端以及外接信號源的輸出端相連，所述第一電容的第二端分別與所述第一放大電路的輸入端以及所述可變電阻的滑動端相連，所述可變電阻串接在第一預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述第二放大電路的輸入端與所述第一放大電路的輸出端相連，所述第二放大電路的輸出端與所述LED相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述前端接收電路包括:接收二極管、第二電容、電流轉(zhuǎn)電壓電路、低通濾波電路以及增益放大電路； 所述接收二極管串接在第二預(yù)設(shè)電壓與地之間，所述接收二極管的陽極通過所述第二電容與所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸入端相連，所述電流轉(zhuǎn)電壓電路的輸出端與所述低通濾波電路的輸入端相連，所述增益放大電路的輸入端與所述低通濾波電路的輸出端相連，所述增益放大電路的輸出端作為所述前端接收電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述第一放大電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第二放大電路包括第二運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器以及所述第二運(yùn)算放大器為0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述LED為藍(lán)光芯片和黃色熒光粉混合型LED或RGB三基色混合型LED。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可見光通信前端電路，其特征在于，在所述接收二極管處設(shè)置有聚光鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可見光通信前端電路，其特征在于，還包括設(shè)置在所述二極管與所述LED之間的濾光鏡片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述接收二極管為SiPIN 型 LED 或 APD。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)電壓電路包括AD8015A的集成電路芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光通信前端電路，其特征在于，所述前端接收電路還設(shè)置有金屬屏蔽罩。
【文檔編號】H04B10/40GK103716094SQ201410004680
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】鄔江興, 于宏毅, 朱義君, 張劍, 田忠俊 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)