专利名称：一种大动态范围光电探测接收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种大动态范围光电探测接收装置，尤其是涉及一种用于无线光总线的大动态范围光电探测接收装置，属于通信技术领域。
背景技术：
现有室内无线局域网通信技术和协议，诸如蓝牙(Bluetooth)技术、家庭射频 (HomeRF)技术、IEEE802. 11技术及红外数字协会(IrDA)标准等。由于采用射频载波或针对特殊应用而提出，具有频带有限、抗干扰性和保密性差等不足。无线光总线技术结合了传统无线网络和光纤通信的优势，具有小型化、频带宽、无需布线等特点，在灵活性、移动性和安全性等方面表现出了不可比拟的优势，能够满足封闭体内自组网宽带通信的需求。而在散射式室内无线光总线系统中，由于发射光信号经多条路径到达接收机后形成多路径效应，产生码间干扰，限制总线带宽，无法充分利用光总线带宽优势。在光接收机系统中，动态范围是其重要指标。光接收机系统的动态范围是指光接收机能接收处理的最大光信号和最小光信号间的范围。光接收机能接收到的最小信号是光接收机的灵敏度。随着信号光的增强，超过光接收机各个处理电路的线性范围，产生非线性，且电脉冲信号发生展宽，严重时覆盖后续信号，影响信号的探测与识别。在无线光总线系统中，由于信源光使用的发散角大，使得在整个无线光总线的使用区间范围内，光信号变化的强度主要由几何衰减决定，在无线光总线的使用区间范围内， 所对应的光功率变化范围非常大，因此需要扩展接收装置的动态范围。
发明内容本实用新型的目的在于，为克服现有技术的缺点，适应无线光总线系统中光接收动态范围大、接收视场大的需要，充分发挥接收装置的弱信号探测能力，提供一种在RSSI 电路的基础上，通过控制电路分别控制光衰减器、高压电源模块与可变增益放大器，并运用比较器作为核心判决器件及限流电阻的使用，有效扩展了接收装置的动态范围。本实用新型的技术方案是一种大动态范围光电探测接收装置，包括接收镜头； 该接收镜头依次顺序连接有光衰减器、光探测器、前置放大电路、滤波电路、可变增益放大器；该可变增益放大器分别与判决电路及RSSI电路连接；光探测器还与高压电源模块连接；所述控制电路还分别与光衰减器、高压电源模块、可变增益放大器及RSSI电路连接。在上述技术方案的基础上具有附加技术特征的进一步技术方案是所述的大动态范围光电探测接收装置，接收镜头包括成像透镜、窄带滤光片，用于收集信号光再经过光衰减器照射在光探测器的光敏面上；该接收镜头的接收视场为 40° 60°。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的光衰减器为连续可调光衰减器，与控制电路连接，该控制电路连续调整光衰减器的衰减系数。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的光衰减器为由电机控制变化的可变光阑，或为连续渐变光衰减片，或为可调光衰减器。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的光探测器为Si或InGaAs型光电探测器；与该光探测器连接的包括限流电阻、滤波电容、高压电源模块。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的前置放大电路包括跨阻式放大电路；该前置放大电路将光探测器输出电流信号转换为电压信号，经滤波电路滤波后传送给可变增益放大器将信号放大，信号输出到判决电路。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的判决电路包括一个比较器，是判决电路的核心器件，该比较器为窄脉宽信号光调制的比较器。所述的大动态范围光电探测接收装置，判决电路的比较器光源的调制速率最高为 10Mbps，光脉冲信号脉宽调制为10 50ns量级；当光信号较弱时，使用比较器组成的判决电路输出脉冲信号宽度和光脉冲宽度相同；当光信号增强，超过接收装置放大电路的动态范围时，模拟信号出现展宽，判决电路7输出的数字信号展宽为相同宽度的数字脉冲信号。所述的大动态范围光电探测接收装置，控制电路还与判决电路连接，控制电路用于对判决电路直接输入的数字信号进行解码处理，并通过数据帧结构判断，滤除随机噪声； 控制电路还控制光衰减器、高压电源模块、可变增益放大器，并存储通常条件下的光衰减器工作状态、高压电源模块输出电压值、可变增益放大器6增益的配置数据。所述的大动态范围光电探测接收装置，所述的控制电路还有与外部设备相连的、 用于数据信息传输的接口。所述的大动态范围光电探测接收装置，其高压电源模块通过数字控制接口连续控制输出电压幅度该高压电源模块输出设置为5 V 300V。本实用新型显著优点是无线光总线系统中光接收动态范围大、接收视场大；充分发挥接收装置的弱信号探测能力，提供一种在RSSI电路的基础上，通过控制电路分别控制光衰减器、高压电源模块与可变增益放大器，并运用比较器作为核心判决器件及限流电阻的使用，有效扩展了接收装置的动态范围。
图1是用于无线光总线的大动态范围光电探测接收装置；图2是光探测电路示意图图中1 一接收镜头，2—光衰减器，3—光探测器，4一前置放大电路，5— 滤波电路，6—可变增益放大器，7—判决电路，8—RSSI电路，9一控制电路，10— 高压电源模块，11 一滤波电容，13—限流电阻。
具体实施方式
结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明如下实施例1 如图1、2所示，一种大动态范围光电探测接收装置，有接收镜头1 ；该接收镜头1依次顺序连接有光衰减器2、光探测器3、前置放大电路4、滤波电路5、可变增益放大器6 ；该可变增益放大器6分别与判决电路7及RSSI电路8连接；光探测器3还与高压电源模块10连接；所述控制电路9还分别与光衰减器2、高压电源模块10、可变增益放大器 6及RSSI电路8连接。如图1所示，光源发射的信号激光或由墙壁等反射后的信号激光，由
4接收镜头1收集并将信号光汇聚到光探测器3的光敏面上，期间经过光衰减器2的衰减，光衰减器2对光的衰减能力由控制电路9控制。所述的接收镜头1包括成像透镜、窄带滤光片，用于收集信号光再经过光衰减器2照射在光探测器3的光敏面上；该接收镜头1的接收视场为40° 60°，本实施例接收镜头1的接收视场为45°。所述的光衰减器2为连续可调光衰减器，与控制电路9连接，该控制电路9连续调整光衰减器2的衰减系数。所述的光衰减器2为由电机控制变化的可变光阑，或选连续渐变光衰减片，或选可调光衰减器。所述的光探测器3为Si或InGaAs型光电探测器，本实施例光探测器3为Si型雪崩光电探测器，如图2所示，与光探测器3连接的包括限流电阻13、滤波电容11、高压电源模块10。该光探测器3对光信号的增益与加在光探测器3其上的偏置电压有关当信号光较强时，可通过控制电路降低高压电源模块10的输出电压幅度，调整光探测器对信号光的增益，避免后续电路由于信号输出过强而出现饱和。此外，高压电源模块10为光探测器3提供偏置电压前先经过限流电阻13，当光信号较强时，光探测器3上流过的光电流增大，限流电阻13上的压降随之增加，此时实际加在光探测器3上的偏置电压降低，光探测器的增益也随之降低， 起到强光时降低接收装置增益的作用，扩展本装置的接收动态范围。所述的前置放大电路 4包括跨阻式放大电路；光探测器3负责完成对信号光的光电转换，随后由前置放大电路4 进行预放大，将光探测器3输出电流信号转换为电压信号，经滤波电路5滤波后传送给可变增益放大器6将信号放大到几百mV量级，本实施例可变增益放大器6增益设置为40dB，可变增益放大器6放大后输出信号分为两路，一路信号输出到判决电路7，一路输入到RSSI电路8，RSSI电路根据信号的强度输出与信号强度对应的直流信号，控制电路9通过模数转换单元获取接收信号强度信息，根据需要通过数模转换单元调整可变增益放大器6的增益。 所述的判决电路7包括一个比较器，是判决电路7的核心器件，该比较器为窄脉宽信号光调制的比较器。判决电路7的比较器光源的调制速率最高为10Mbps，光脉冲信号脉宽调制为 10 50ns量级，本实施例光脉冲信号脉宽调制为25ns ；当光信号较弱时，使用比较器组成的判决电路7输出脉冲信号宽度和光脉冲宽度相同；当光信号增强，超过接收装置放大电路的动态范围时，模拟信号出现展宽，判决电路7输出的数字信号展宽为相同宽度的数字脉冲信号。若后续处理电路设置为上升沿触发，则信号的展宽不影响数据的处理，此时仍可视作接收机处于正常工作状态，因此使用窄脉宽信号光调制技术及由比较器组成的判决电路，能够在无线光总线系统中能起到增大接收装置动态范围的作用。本接收装置的控制电路单独设计为一块PCB板，其它模拟电路部分设计在一块PCB板上，且模拟电路板放置在一个屏蔽盒中。控制电路9还与判决电路7连接，控制电路9用于对判决电路7直接输入的数字信号进行解码处理，并通过数据帧结构判断，滤除随机噪声；控制电路9还控制光衰减器2、高压电源模块10、可变增益放大器6，并存储通常条件下的光衰减器2工作状态、高压电源模块10输出电压值、可变增益放大器6增益的配置数据。所述的控制电路9还有与外部设备相连的、用于数据信息传输的接口。所述的高压电源模块10通过数字控制接口连续控制输出电压幅度，输出纹波小于50mV，本实施例高压电源模块10输出设置为300V。实施例2 与实施例1不同的是接收镜头1的接收视场为40° ；光衰减器2为连续渐变光衰减片；光探测器3为InGaAs型雪崩光电探测器；可变增益放大器6增益设置为 40dB，光脉冲信号脉宽调制为IOns ；高压电源模块10输出设置为50V。实施例3 与实施例1不同的是接收镜头1的接收视场为60° ；光衰减器2为可调光衰减器；光探测器3为InGaAs型PIN光电探测器；可变增益放大器6增益设置为20dB， 光脉冲信号脉宽调制为50ns ；；高压电源模块10输出设置为5V。 本实用新型的权利要求保护范围不限于上述实施例。
权利要求1.一种大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，包括接收镜头(1)；该接收镜头 (1)依次顺序连接有光衰减器(2)、光探测器(3)、前置放大电路(4)、滤波电路(5)、可变增益放大器(6);该可变增益放大器(6)分别与判决电路(7)及RSSI电路(8)连接；光探测器 (3)还与高压电源模块(10)连接；所述控制电路(9)还分别与光衰减器(2)、高压电源模块 (10)、可变增益放大器(6)及RSSI电路(8)连接。
2.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的接收镜头(1)包括成像透镜、窄带滤光片，用于收集信号光再经过光衰减器(2)照射在光探测器 (3)的光敏面上；该接收镜头(1)的接收视场为40° 60°。
3.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的光衰减器(2)为连续可调光衰减器，与控制电路(9)连接，该控制电路(9)连续调整光衰减器(2) 的衰减系数。
4.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的光衰减器(2 )为由电机控制变化的可变光阑，或为连续渐变光衰减片，或为可调光衰减器。
5.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的光探测器(3)为Si或InGaAs型光电探测器；与该光探测器(3)连接的包括限流电阻(13)、滤波电容(11)、高压电源模块(10)。
6.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的前置放大电路(4)包括跨阻式放大电路；该前置放大电路(4)将光探测器(3)输出电流信号转换为电压信号，经滤波电路(5)滤波后传送给可变增益放大器(6)将信号放大，信号输出到判决电路(7)。
7.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的判决电路(7)包括一个比较器，是判决电路(7)的核心器件，该比较器为窄脉宽信号光调制的比较ο
8.根据权利要求7所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，判决电路(7)的比较器光源的调制速率最高为10Mbps，光脉冲信号脉宽调制为10 50ns量级；当光信号较弱时，使用比较器组成的判决电路(7)输出脉冲信号宽度和光脉冲宽度相同；当光信号增强，超过接收装置放大电路的动态范围时，模拟信号出现展宽，判决电路(7)输出的数字信号展宽为相同宽度的数字脉冲信号。
9.根据权利要求1所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，控制电路(9)还与判决电路(7)连接，控制电路(9)用于对判决电路(7)直接输入的数字信号进行解码处理，并通过数据帧结构判断，滤除随机噪声；控制电路(9)还控制光衰减器(2)、高压电源模块(10)、可变增益放大器(6)，并存储通常条件下的光衰减器(2)工作状态、高压电源模块 (10)输出电压值、可变增益放大器(6)增益的配置数据。
10.根据权利要求1或9所述的大动态范围光电探测接收装置，其特征在于，所述的控制电路(9)还有与外部设备相连的、用于数据信息传输的接口。
专利摘要本实用新型涉及一种大动态范围光电探测接收装置，包括接收镜头；该接收镜头依次顺序连接有光衰减器、光探测器、前置放大电路、滤波电路、可变增益放大器；该可变增益放大器分别与判决电路及RSSI电路连接；光探测器还与高压电源模块连接；所述控制电路还分别与光衰减器、高压电源模块、可变增益放大器及RSSI电路连接。本实用新型显著优点是无线光总线系统中光接收动态范围大、接收视场大；充分发挥接收装置的弱信号探测能力，提供一种在RSSI电路的基础上，通过控制电路分别控制光衰减器等，并运用比较器作为核心判决器件及限流电阻的使用，有效扩展了接收装置的动态范围。
文档编号H04B10/06GK202168083SQ201120251069
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月17日 优先权日2011年7月17日
发明者孙峰, 张鑫, 赵坤, 邓代竹, 高凡, 黄开仁 申请人:湖北久之洋红外系统有限公司