用于移动设备的可见光通信的制作方法

本申请要求于2016年9月29日提交的美国临时专利申请62/401,818、于2016年9月29日提交的美国临时专利申请62/401,837、于2016年9月29日提交的美国临时专利申请62/401,811以及于2016年11月3日提交的美国临时专利申请62/417,127的权益，上面提到的申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本公开大体涉及可见光通信，更具体地涉及用于移动设备的可见光通信。

背景技术：

可见光通信为基于射频(rf)的无线技术提供可替代的通信方法。将可见光通信的使用扩展到移动设备是可取的。

技术实现要素：

本公开涉及用于可见光通信(vlc：visiblelightcommunication)的移动设备和成像传感器。在本公开的一方面中，移动设备可包括被配置为vlc发送器的led、联接至led的一个或更多个处理器、和/或其它组件。处理器可被配置为对vlc信号进行编码。(多个)处理器可被配置为：根据vlc信号和/或其它信息来操作led，以发射可见光。

在一些实施方式中，移动设备还包括用来对vlc信号进行串行化的串行化器。在一些实施方式中，vlc信号可由vlc编码器编码。vlc编码器可包括manchester编码器。

在一些实施方式中，vlc编码器可由被配置为对vlc信号进行编码的vlc编码电路来实施。vlc编码电路可包括集成电路(ic)。vlc编码电路和led可被集成到片上(soc：system-on-a-chip)系统中。vlc编码电路和led可被集成到封装内系统(sip：system-in-a-package)系统中。

在一些实施方式中，vlc编码器可由(多个)处理器实施，处理器执行存储于计算机可读介质中的计算机可执行指令，以将vlc信号编码。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至led的过冲/下冲(overshoot/undershoot)电路。该过冲/下冲电路可以以前置均衡器为特征。过冲/下冲电路可被配置为加速led的充电和放电，以此来提高其调制带宽。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至(多个)处理器的成像器。该成像器可被配置为数码相机以拍摄图像。成像器还可被配置为光电探测器(pd：photodetector)，以接收用第二vlc信号编码的可见光。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至(多个)处理器的光电探测器。该光电探测器可被配置为接收用第二vlc信号编码的可见光。移动设备还可包括被集成在光电探测器顶部的微透镜。

在本公开的一方面中，移动设备可包括成像传感器、联接至该成像传感器的一个或更多个处理器、和/或其它组件。该成像传感器可包括多个像素。该多个像素中的第一像素可被配置为第一光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。第一像素可基于接收到用vlc信号编码的可见光来生成电信号。(多个)处理器可被配置为对vlc信号进行解码。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至第一像素的前置放大器。该前置放大器可被配置为放大由第一像素生成的电信号。

在一些实施方式中，多个像素中的第二像素可被配置为第二光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。第二像素可位于与第一像素不同的位置。移动设备还可包括联接至多个像素的编程电路。该编程电路可被配置为：选择第一光电探测器或第二光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。编程功能可以通过行和列金属互连来实现，以选择给定的光电探测器。

在一些实施方式中，移动设备可还包括角度分集接收器(angle-diversityreceiver)。该角度分集接收器可被配置为将可见光聚焦到第一像素上。

在一些实施方式中，vlc信号可由vlc解码器进行解码。该vlc解码器可包括基于有源反馈的环境光消除电路，该基于有源反馈的环境光消除电路包括低通滤波器、误差放大器以及nmosfet。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至(多个)处理器的led。该led可被配置为vlc发送器。(多个)处理器可被配置为：对第二vlc信号进行编码，且根据第二vlc信号来操作led，以发射可见光。第二vlc信号可由vlc编码器进行编码。在一些实施方式中，vlc编码器和led可被集成到soc或sip系统中。

在本公开的一方面中，成像传感器可包括：包含第一像素的多个像素、至少联接至第一像素的vlc解码器、和/或其它组件。该多个像素中的第一像素可被配置为第一光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。该第一像素可基于接收到用vlc信号编码的可见光生成电信号。vlc解码器可被配置为对vlc信号进行解码。

在一些实施方式中，移动设备还可包括联接至第一像素的前置放大器。该前置放大器可被配置为放大由第一像素生成的电信号。

在一些实施方式中，多个像素中的第二像素可被配置为第二光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。该第二像素可位于与第一像素不同的位置。成像传感器还可包括联接至多个像素的编程电路。该编程电路可被配置为：选择第一光电探测器或第二光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。编程功能可以通过行和列金属互连来实现，以选择给定的光电探测器。

在一些实施方式中，成像传感器还可包括角度分集接收器。该角度分集接收器可被配置为将可见光聚焦到第一像素上。

在一些实施方式中，vlc解码器可包括基于有源反馈的环境光消除电路，该基于有源反馈的环境光消除电路包括低通滤波器、误差放大器以及nmosfet。

在一些实施方式中，成像传感器还可包括联接至vlc编码器的led。该led可被配置为vlc发送器。该vlc编码器可被配置为对第二vlc信号进行编码。led可根据第二vlc信号来发射可见光。在一些实施方式中，vlc编码器和led可被集成到soc系统中或sip系统中。

本文所公开的系统和/或方法的这些和其它对象、特征和特点、以及相关结构元件的操作方法和功能、零组件的组合和制造的经济成本都在参照附图考虑以下说明和随附权利要求书后变得更加明显，所有这些附图构成本说明书的一部分，其中，在各个图中，相同的参考数字指定对应的零组件。然而，要清楚地理解，这些图只是为了进行图示和说明，并不旨在定义对本公开的限制。

附图说明

图1至图2图示了根据本公开的一些实施方式的示例vlc/vlp场景。

图3a至图3e图示了根据本公开的一些实施方式的示例vlc系统架构。

图4a至图4b图示了示例移动vlc系统。

图4c图示了示例可见的/不可见的混合vlc系统。

图5图示了示例soc或sipvlc功能图。

图6图示了根据本公开的一些实施方式的包括pd设备作为光接收器的成像器。

图7a至图7b图示了根据本公开的一些实施方式的示例led调制机制。

图8图示了根据本公开的一些实施方式的用于收发器soc的示例框图。

图9图示了根据本公开的一些实施方式的示例manchester编码器电路。

图10图示了根据本公开的一些实施方式的示例manchester解码器电路。

图11图示了根据本公开的一些实施方式的用于manchester编码器和/或解码器的示例信号波形。

图12a至图12b图示了根据本公开的一些实施方式的用于led驱动器电路的示例示意图。

图13图示了根据本公开的一些实施方式的以过冲和下冲为特征的示例前置均衡器波形。

图14图示了根据本公开的一些实施方式的用于前馈均衡器电路的示例示意图。

图15a至图15c图示了根据本公开的一些实施方式的用于光学接收器的示例配置。

图15d图示了根据本公开的一些实施方式的示例vlc接收器，微透镜被直接集成在pd顶部。

图16图示了根据本公开的一些实施方式的示例有源反馈跨阻抗放大器(tia)环境光消除电路系统。

图17图示了根据本公开的一些实施方式的示例放大块。

图18a至18c图示了根据本公开的一些实施方式的用于前置放大器的示例放大器电路拓扑。

具体实施方式

节能固态白光led照明设备正在进军照明市场，其高速切换开/关(例如数十兆赫)而不闪烁的能力使得能以非常高的数据率实现无线可见光通信。vlc通信相对于传统的基于rf的无线技术有许多独特的优势：第一，未经许可和不受限制的光学频谱提供了高达300thz的带宽，比rf频谱宽数个数量级。这使得无线流媒体以每秒数千兆比特(gbps)的速度传输成为可能。第二，可见光在很大程度上是无辐射危害的。这使得更大的发射功率在不危及人类健康的情况下提高数据率。第三，vlc不会穿透墙，并且可以通过使可以接收/发送经由vlc发送的数据的地区本地化来提供安全。第四，vlc可以与现有的rf技术共存互补。第五，与多ghzrf设备相比，vlc设备可以以更低成本来构建。

vlc系统由广播用的调制led(例如灯具)和作为光学接收器的用户终端(例如具有内置led和pd的智能手机)组成，以实现全双工光无线流。本质上，vlc可以建立在现有的led照明基础设施上，支持许多新应用。例如，人可以在家打开“灯”，并且接收基于vlc的无线数据流。vlc系统可用于可见光定位(vlp：visiblelightpositioning)，在这种可见光定位中，基于经由vlc系统的通信来确定人/物体的位置。

大数据的无线传输是当今的一大挑战。虽然现在已有技术，如wi-fi，其可以以每秒数百兆比特(mbps)的速度来传输数据，但在数秒内传输非常大的数据文件通常太慢，而且不切实际。对于能够在数秒钟内无线流传输非常大的数据文件(例如数gb的全蓝光电影或相同容量的大图像文件)的新型无线技术有着巨大需求。

led是一种新型照明光源。led设备可以在非常高的频率下调制，以此提供可见光无线通信。由于光的超宽带宽，所以vlc能够以极高的数据率无线传输大数据，可高达数十gbps。这将使在数秒钟内无线传输数gb的大数据文件成为现实。

图1图示了在可能禁止rf设备的医院中的示例vlc场景。在该场景中，医院内的人(例如医生、护士、员工、患者、访客)可经由vlc设备100发送/接收数据。当人(人携带的设备)在vlc接收器/发送器(例如vlc设备100)的可见光范围内时，人就可经由vlc设备100发送/接收数据。图2图示了用于智能交通的vlc/vlp场景。在图2中，vlc系统可用于车与车通信、智能交通控制、车与车防撞(例如使用vlc来确定车与车之间的距离)、以及标示数据广播。

图3a至图3e示出了用于主从广播(例如led对智能手机)应用模式和对等全双工收发(例如智能手机对平板电脑)应用模式的示例vlc系统构架。在主从广播模式下，计算机300使用led阵列302将数据广播给智能手机330或平板电脑360(经由pd阵列/成像器334或pd阵列/成像器362)。在对等全双工收发模式下，智能手机330或平板电脑360可与另一智能手机330或平板电脑360通信(经由led阵列332或pd阵列334/成像器362)。可使用不同类型的光学传感器。例如，单个pd、大pd阵列以及cmos/ccd成像器可以用来实现高数据率。

图3b示出了用于广播光信号的典型vlc发送器电路构架，其可包括led阵列302、作为信号源305的电子终端(例如计算机300或计算机300的一部分)、usb306、txmac307、缓冲器308、编码器309、ofdm调制310、dac311、前置均衡器312、1:n解复用器313、led驱动器314、led偏置315、和/或其它组件。图3c示出了用于接收光信号的典型vlc接收器电路构架，其可包括pd阵列/成像器334、pd偏置346、前置放大器347、m:1mux348、滤波器349、放大器350、adc351、解码352、解调器353、后均衡器354、rxmac355、时钟356、作为显示设备的电子终端365(例如智能手机330或平板电脑360)、或信号源和/或其它组件。图3d是典型的收发器电路构架，由发送器和接收器组成，其包括电子终端365(例如计算机300、智能手机330或平板电脑360)、pd阵列/成像器362、led阵列364、usb366、rxmac367、后置均衡器368、解调器369、解码370、adc371、放大器372、滤波器373、前置放大器374、txmac375、缓冲器376、编码377、ofdm调制378、dac379、前置均衡器380、1:n解复用器381、led驱动器382、cdr383、时钟384、led和pd偏置385和/或其它组件。图3e示出了用于vlc发送器电路的示例电路框图。

缓冲器、编码和解码、ofdm调制和解调制提供信号处理功能。前置均衡器可以提供更宽的led调制带宽。驱动器可提供led驱动电流，dc偏置可以为led提供dc偏置，pd和成像器、以及集成模数转换器(adc)和数模转换器(dac)提供模拟信号与数字信号之间的信号转换，cdr(时钟与数据恢复)电路用来恢复来自于接收到的信号的数据和时钟，并且时钟电路提供全球时钟同步。前置均衡器、主放大器和高/低通滤波器为接收到的信号提供信号放大和滤波。mux电路可用来处理接收到的并行信号。mac块可用来为多用户提供访问控制。lvds(低压差分信号：lowvoltagedifferentialsignaling)可用来消除背景噪音，并且usb接口可由电子终端使用。

帮助移动设备之间的可见光通信的使用可以使大数据文件的流传输用于移动应用。虽然针对可见光通信描述了本公开，但本公开的一个或更多个方面可适用于非可见光(例如红外、uv)通信。在本公开的一些方面中，系统可包括用于可见光通信和非可见光通信的组件。在本公开的一些方面中，可以使用不同频谱的光(例如对应不同颜色的光)。

图4a图示了用于可见光通信的移动设备(例如智能手机、平板电脑、膝上型电脑)的示例系统400。系统400可包括移动设备410、420。移动设备410可包括led412、成像器414和/或其它组件。移动设备420可包括led422、成像器424和/或其它组件。移动设备410、420可经由相应的成像器414、424和led412、422，使用vlc(例如光通信416、光通信426)进行通信。例如，led412和led422可被配置为vlc发送器。成像器414和成像器424可被配置为数码相机，以拍摄一个或更多个图像。成像器414和成像器424可被配置为光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。在一些实施方式中，成像器414和/或成像器424可以包括光电探测器，/可以是光电探测器。该光电探测器可被配置为接收用vlc信号编码的可见光。移动设备410、420还可包括：被集成在成像器414、424顶部(例如被集成在(多个)光电探测器顶部)的微透镜。

如图4a所示，led412、422和成像器414、424(例如成像传感器、pd)可被集成到主机设备(移动设备410、420)中。例如，可以修改移动设备的嵌入式闪光灯led以用作vlc发送器，并且移动设备的成像传感器(例如cmos、ccd)可用作pd。在主机设备中定制设计这种led和pd可以提高vlc性能。

移动设备410、420可以包括联接至led412、422的一个或更多个处理器。该(多个)处理器可以被配置为将一个或更多个vlc信号编码。可以对vlc信号进行编码，以携带要从(多个)处理器/移动设备410、420发送的信息。例如，可以对(多个)vlc信号进行编码，以携带去往其它设备(例如允许移动设备410、420经由vlc控制其它设备)的命令信息、文件信息(例如，允许移动设备410、420经由vlc向其它设备发送(多个)文件)和/或其它信息。(多个)处理器可以包括vlc编码器/可以联接至vlc编码器，并且(多个)vlc信号可以由vlc编码器编码。在一些实施方式中，vlc编码器可以包括manchester编码器和/或其它编码器。在一些实施方式中，vlc编码器可以由(多个)处理器实施，处理器执行存储于计算机可读介质中的计算机可执行指令来对vlc信号进行编码。例如，vlc编码器可以是安装在移动设备410、420上以便帮助vlc的程序/应用的一部分。在一些实施方式中，vlc编码器可以由被配置为对vlc信号进行编码的vlc编码电路实施。该vlc编码电路可以包括集成电路。在一些实施方式中，vlc编码电路和led可被集成到片上系统(soc:system-on-a-chip)系统中。一些实施方式中，vlc编码电路和led可被集成到封装内系统(sip：system-in-a-package)系统中。(多个)处理器可被配置为：根据vlc信号和/或其它信息来操作led412、424发射可见光。

成像传感器(例如成像器414、424)可联接至移动系统410、420的(多个)处理器。成像传感器可包括多个像素。一个或更多个像素可被配置为光电探测器，以接收用vlc信号编码的可见光。被配置为光电探测器的(多个)像素可以基于接收到用vlc信号编码的可见光来生成(多个)电信号。(多个)处理器可被配置为对vlc信号进行解码。可基于由(多个)像素生成的(多个)电信号对vlc信号进行解码。在一些实施方式中，成像传感器可以包括本文所讨论的其它组件(例如前置放大器、角度分集接收器(angle-diversityreceiver)、led等)，可以是该其它组件的一部分，可以与该其它组件集成。

(多个)处理器可以包括vlc解码器/可以联接至vlc解码器，并且vlc信号可由vlc解码器解码。在一些实施方式中，vlc解码器可由(多个)处理器实施，处理器执行存储于计算机可读介质中的计算机可执行指令来对vlc信号进行解码。例如，vlc解码器可以是安装在移动设备410、420上以帮助vlc的程序/应用的一部分。在一些实施方式中，vlc解码器可由被配置为对vlc信号进行解码的vlc解码电路系统实施。vlc解码电路系统可包括集成电路。被配置为光电探测器的(多个)像素可联接至一个或更多个vlc解码器。在一些实施方式中，vlc解码电路系统和成像传感器可被集成到片上系统(soc)系统中。一些实施方式中，vlc解码电路系统和成像传感器可被集成到封装内系统(sip)系统中。在一些实施方式中，vlc解码器可包括基于有源反馈的环境光消除电路，该基于有源反馈的环境光消除电路包括低通滤波器、误差放大器以及nmosfet。

被配置为光电探测器的(多个)像素可联接至一个或更多个前置放大器。(多个)前置放大器可被配置为放大由(多个)像素生成的(多个)电信号。在一些实施方式中，成像传感器的至少两个像素(第一像素、第二像素)可被配置为光电探测器。所述两个像素可位于成像传感器上不同的位置。编程电路可联接至像素，使得能够选择一个或两个像素来接收用vlc信号编码的可见光。编程功能可以经由行和列金属互连来实现，以选择给定的光电探测器/像素。在一些实施方式中，移动设备410、420可以包括一个或更多个角度分集接收器。该角度分集接收器可被配置为，将可见光聚焦到成像传感器的一个或更多个像素上。

移动设备410、420可包括用于处理(多个)vlc信号的其它电路系统/组件。在一些实施方式中，移动设备410、420可包括：用于串行化vlc信号的串行化器。在一些实施方式中，移动设备410、420可包括联接至led412、422的过冲/下冲(overshoot/undershoot)电路。该过冲/下冲电路可以以前置均衡器为特征。过冲/下冲电路可被配置为，加速led412、422的充电和放电，以提高led带宽。

图4b图示了使用电子狗进行可见光通信的移动设备(例如智能手机、平板电脑、膝上型电脑)的示例系统430。系统430可包括移动设备432、434。移动设备432可联接至电子狗436，并且移动设备434可联接至电子狗438。各个电子狗436、438可包括光发送器(led)和光接收器(pd)。一对电子狗436、438可形成基于闭环光的通信通道，以经由vlc对数据进行流传输。可以经由现有接口(诸如ethernet、thunderbolt、hdmi、dvi、usb、mini和/或其它接口)将电子狗436、438热插拔到任何主机设备(例如移动设备、电视、存储库等)中。光发送器可使用单个led设备或led阵列设备来提高带宽和数据率。光接收器可使用单个pd或pd阵列来提高接收性能。

图4c图示了可见/非可见混合vlc系统450。如图4c所示，可使用不同的可见和/或非可见光的光源。这可包括不同颜色的光、红外(ir)光、uv光和/或其它光。对应的光发送器(例如led)和光传感器(例如pd或成像器)可被设计以优化系统性能。

在一些实施方式中，用来帮助vlc的一个或更多个组件可被集成到集成电路中。这种组件集成可以实现soc系统和/或sip系统。这种组件集成可能会产生单芯片soc系统，用于基于光的数据流传输。soc系统可以提高数据率和可靠性，同时降低系统占用空间和成本。图5图示了示例socvlc功能图。芯片500可包括前置放大器506、led驱动器508、信号处理器510和接口电路512。成像器502可联接至前置放大器506，并且led504可联接至led驱动器508。前置放大器506和led驱动器508可联接至信号处理器510。信号处理器510可联接至接口电路512，该接口电路512允许芯片500与其它设备(例如经由usb、ethernet和/或其它连接)通信。芯片550可包括前置放大器556、led驱动器558、信号处理器560和接口电路562。成像器552可联接至前置放大器556，并且led504可联接至led驱动器558。前置放大器556和led驱动器558可联接至信号处理器560。信号处理器560可联接至接口电路562，该接口电路562允许芯片550与其它设备(例如经由usb、ethernet和/或其它连接)通信。led504可使芯片500经由光通信512来发送vlc数据(例如发送给芯片550的成像器552)。led554可使芯片550经由光通信562来发送vlc数据(例如发送给芯片500的成像器502)。在一些实施方式中，成像器502和/或成像器552可以包括光电探测器/可以是光电探测器。

对于基于移动设备的vlc系统，用于移动设备(例如移动设备的相机)的成像器设备(例如cmos、ccd)可被修改为包含一个或更多个pd设备。如图6所示，成像器610(构建于衬底600上)的一个或更多个像素620可被优化以发挥pd功能。这允许移动设备使用vlc而无需安装额外的pd。衬底600可包括用于vlc系统的集成电路。在一些实施方式中，成像器610的像素620可以是可重构的光电探测器。这可允许在不同的位置使用不同的pd，以通过现场编程来适应背景光噪音。

成像器可以是包括像素阵列的有源像素传感器。各个像素单元可以包括光电二极管型光电探测器和支撑电路系统，该支撑电路系统包括在硅衬底上制造的重置栅极、选择栅极和源极跟随器读出晶体管。在一些实施方式中，可以基于与像素对应的行线和列线的标识，来选择各个像素。各个像素可以包括用于接收光的光电探测器。在成像器610顶部的薄微透镜可帮助收集用于pd的光。

为了使成像器610中的一个或更多个pd设备能够用作vlcpd设备，用于成像器的支撑电路系统可包括用于帮助vlc的组件。例如，支撑电路系统可以包括前置放大器电路(例如，图17a、图18a至图18c所示)。vlcpd设备可针对vlc性能进行优化(例如，更小的pd尺寸，以获得最小化的寄生电容来增加pd的响应时间；或更高的速度；更宽的动态范围，即，以便能够检测更弱的光获得高灵敏度，并且通过使用自动增益控制电路(即，可变增益放大器(图16))等能处理更强的光(闪光灯)而不达到饱和)。可以增加环境光噪音消除电路来进一步提高性能。

在一些实施方式中，成像器(例如cmos成像传感器阵列)可以是可重配置的，以允许在需要时选择一个或更多个pd像素单元用作vlcpd设备。可编程性(或可重配置性)可以经由金属互连使用像素的行和列选择来实现。可以对选择电路进行编程/设计来选择成像器中所需要的vlcpd像素。

例如，移动设备的闪光灯led可被配置为发挥双重作用：(1)用于发射高功率光(以高发光效率)的led照明器(闪光灯led)；(2)用于发射调制的可见光信号的可见光发送器设备(vlcled)，该可见光信号携带信息。闪光灯led通常被优化为，具有高发光效率和高光输出功率的强效光照明器。这可能会产生具有更高寄生电容的更大的led设备，导致开/关切换速度非常慢。

vlcled设备可被优化为以非常快的开/关切换速度和宽led调制带宽进行vlc，以允许高数据率vlc通信。vlcled优化目标可以是，最小化led寄生电容和提高led调制带宽。可以用由许多小led设备组成的vlcled阵列来替代使用一个大的led设备。被配置用于发挥双重作用的闪光灯led，可以在闪光灯led和vlcled之间提供平衡性能。

在一些实施方式中，闪光灯led阵列可被配置为：在闪光灯led阵列中的一个或更多个led设备用作vlcled设备，该vlcled设备仅被优化为发射用于vlc发送器的调制可见光信号(例如，将vlcled嵌入闪光灯led)。对于集成式闪光灯/vlcled阵列，可以使用现场可编程的led阵列。在闪光灯或led作用中的led阵列的可编程性(或可重配置性)可以经由金属互连使用行和列选择来实现，以选择led阵列中的特定像素/设备。

在一些实施方式中，可以使用一个闪光灯led设备和一个vlcled设备组成的对来替代普通的移动电话闪光灯led。闪光灯led设备可被配置以达到更好的闪光灯性能(高照明效率和高光输出率)，并且vlcled设备可以以更好的vlcled性能(低电容、高开/关切换速度、宽调制带宽等)来配置。在集成式闪光灯led和vlcled对/阵列设计中，各个vlcled单元(即，阵列中的像素)可以具有自己的用于发挥vlcled作用的支撑电路单元。这可包括led驱动器、用于增强led调制带宽的前置均衡器电路等(图13)。

对于基于led的vlc和vlp系统，理论上，led可以在由特定信息(led调制)编码的特定模式下快速地开/关。led调制将意定信息(即，数据)嵌入至调制的光束中作为可见光信号。在实际的ledvlc系统中，led被偏置以发光，并且发出的光可以通过嵌入的电子信号(即，信息或数据)来调制。图7a至图7b图示了示例led调制机制。通常，led照明设备可用一定的电流来偏置。当偏置电流达到一定水平时，led就会被打开以发光。在数字调制格式(图7a)中，驱动电流可以是具有特别定义的波形的电流脉冲，在这种波形中，逻辑“0”表示“零(0)”调制电流(即，低数据电流)，并且逻辑“1”表示“高”电流(即，更强的数据流)。该0/1逻辑位列可由意定(intended)“数据”经由调制形成，以调制由led设备发射的可见光信号。

类似地，模拟调制(图7b)由模拟电流波形(信号)控制。当偏置模拟电流的电流强度被意定模拟“数据”波形改变时，它对led发射的光束进行调制，以发出调制后的可见光信号。

图8示出了用于vlc系统的收发器的示例框图。该收发器可以包括集成有发送器和接送器的电路。manchester编码可以用来避免闪烁效应，使数据与时钟同步，并防止低频信号。前置均衡器电路可以用来扩大led的调制带宽。在发送器通道中，manchester编码方法可以用于led调制(即，使用特定数据信息来调制led)。这可以通过使用manchester编码器电路来实现。图9示出了示例manchester编码器电路。在接收器通道中，可以执行逆函数来解调接收到的可见光信号，以恢复从led调制的光中所嵌入的特定时钟和数据信号。manchester解码方法可用于时钟和数据恢复(cdr),以提取光所携带的“信息”。这可以通过使用manchester解码器电路来实现。图10示出了示例manchester解码器电路。

图11示出了用于manchester编码器和解码器的示例信号波形。该示例波形包括参考时钟信号(clk)、数据信号(data)—将由发射的led光所携带的意定数据信息、由manchester编码调制的led信号(mancdata)、由manchester解码恢复的时钟信号(clk_r)以及由manchester解码恢复的数据信号(data_r)。

在一些实施方式中，用于处理vlc信号的一个或更多个电路(例如，集成电路)还可包括用于串行化vlc信号的串行化器。在一些实施方式中，电路还可包括使用过冲/下冲电路的前置均衡器，该过冲/下冲电路被配置为加速led的充电和放电以提高它的调制带宽。在一些实施方式中，电路还可包括基于有源反馈的环境光消除电路。该基于有源反馈的环境光消除电路可包括低通滤波器、误差放大器以及nmosfet。该基于有源反馈的环境光消除电路可包括有源反馈跨阻抗放大器(tia)环境光消除电路。

前置均衡器电路可以用来扩大led的调制带宽。由于led调制带宽由驱动电流的上升/下降时间确定，因此可使用过冲/下冲技术来加速led的开(充电)和关(放电)，从而获得更宽的带宽。图13示出了示例均衡器波形，其特征是上升时过冲和下降时下冲。过冲和下冲加速了led的充电和放电过程，并且使led调制带宽更宽。

图12a至图12b示出了用于led驱动器电路的示例示意图。图12a可包括cherryhooper放大器。图12b可包括用于tap/main缓冲器的cml输出级。还考虑了用于led驱动器电路的其它设计。

图14示出了用于vlc发送器集成电路内部的前馈均衡器电路的示例示意图。图14中的抽头缓冲器和主缓冲器可以使用如图12b中所示的共模逻辑(cml)电路。图14中的主led驱动器放大器可以使用如图12a中所示的电路示意图。图14可包括用于led的集成驱动器和均衡器电路。在图14中，可修剪的延迟线可以对抽头缓冲器的定时进行编程。可以将来自与抽头缓冲器和主缓冲器的输出波形组合起来，以产生具有过冲和下冲特征的均衡输出波形(例如图13所示)，以加速led设备的电子载体充电和放电，从而获得更宽的led调制带宽。

图15a至图15c示出了用于光学接收器的三个示例配置。图15a示出了示例单元件接收器。由光集中器、光学滤波器和pd组成的单元件接收器接收来自宽视场(fov)的光，而不区分所需的光信号和环境光噪音。由于来自不同表面的反射光，单元件接收器产生多径失真。

图15b示出了示例角度分集接收器。角度分集接收器能够克服单元件接收器的问题，因为它利用多个具有更窄视野、指向不同方向的接收单元。这可以大大减少环境光、干扰和多径失真。更窄的视野也允许更小的pd(更低的电容)，并且实现了前置放大器的更宽接收器带宽和更低热噪声。然而，由于使用多个光学集中器，所以角度分集接收器可能会增加接收器尺寸和成本。

图15c示出了成像角度分集接收器。仅使用一个光集中器的成像角度分集接收器能够解决角度分集接收器的问题。成像角度分集接收器可以很容易地在低成本cmos中实现。

在接收器端，不可避免的环境光(即噪音)可能很容易使到pd的前置放大器的输入饱和。这些环境背景光噪音可以是dc或低频。针对这一环境光问题，传统的解决方案是，在以离散为主的接收系统中增加无源电阻电容(rc)高通滤波器，来阻挡dc和低频背景光噪音。然而，它的缺点是明显的。例如，大的电阻和电容值降低了pd通道的频带带宽，并且大的电阻器和电容器组件并不适合集成电路。

图16示出了示例有源反馈跨阻抗放大器(tia)环境光消除电路系统。有源反馈跨阻抗放大器(tia)环境光消除电路系统可用来消除背景光噪音。该基于有源反馈的环境光消除电路系统可包括低通滤波器、误差放大器以及nmosfet(m0)。nmosfet用作电压控制型电流源。强dc环境噪音(例如，来自太阳光、荧光灯或白炽灯)可由误差放大器感测到，该误差放大器可以打开nmosfet以吸收大的环境光电流。这可提供环境光噪音消除。

vlc接收器可包括光学滤波器、pd、具有自动增益控制特征的前置放大器、manchester解码器和/或其它组件。vlc接收器可包括在pd顶部的集成式微透镜滤波器，以扩大pd带宽。pd的窄带宽可被由led发送器设备(例如接收器中的pd)中使用的黄色荧光粉的慢响应限制。一种解决方案可以是，在接收器通道中的pd前面使用光学带通滤波器(离散)来仅接收蓝光。这提高了pd的频带带宽。微透镜型光学滤波器可直接集成在pd顶部。微透镜型光学滤波器可用作pd顶部的光学带通滤波器。微透镜型光学滤波器可使用ic制作方法(例如，使用透明薄膜或有机透明透镜)制作，可使用标准ic制作工艺将其与pd集成。图15d示出了具有直接集成在pd顶部的微透镜的示例vlc接收器。如图15d所示，pd1510可制作在siic1500中/可与siic1500集成。微透镜1520可集成在pd1510顶部。集成式微透镜滤波器(例如1520)和小尺寸的(多个)pd像素可以以低成本提供高性能。

图17示出了在pd后面的示例放大块。具有自动增益控制特征的前置放大器电路可以跟在pd后面。图18a至图18c示出了用于前置放大器的放大器电路拓扑的示例类型。图18a示出了示例高阻抗放大器。图18b示出了示例低阻抗放大器。图18c示出了示例跨阻抗放大器。可以利用反馈跨阻抗放大器(tia)来实现自动增益控制功能，以实现如图16所示的环境噪音光消除。

在空间上相关的术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“左”、“右”等，用于方便描述，以解释一个元件相对于另一个元件的定位。除了与图中描绘的取向不同的取向之外，这些术语还旨在涵盖设备的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”之类的术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不旨在具有限制性。贯穿整个说明，相同的术语表示相同的元件。

本文所使用的术语“具有”、“包含”、“含有(including)”、“包括(comprising)”等是开放式术语，表示所述元件或特征的存在，但不排除其它元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”旨在包括单数以及复数，除非上下文另有明确指示。

尽管本公开是在特定实施方式和示例的语境中公开的，但本领域的技术人员将理解，本公开超越了具体公开的实施方式，延伸至本公开的其它可替代实施方式和/或使用、及其明显的修改和等同物。因此，本文公开的本公开的范围不应受上述特定公开的实施方式的限制。

此外，本领域的技术人员将认识到来自不同实施方式的各种特征的可互换性。除了本文描述的变体之外，每个特征的其它已知等同物还可以由本领域的普通技术人员混合和匹配，以便根据本公开的原理来构建类似的系统和技术。

需要理解的是，不一定所有的目的或优点都可以根据本公开的任意特定实施方式来实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到，本公开可以按照实现或优化本文教导的一个或一组优点的方式来体现或实施，而不一定要实现本文教导或建议的其它目的或优点。