一种基于可见光通信的接收机专用集成电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种集成电路。特别是涉及一种基于可见光通信的接收机专用集成电 路。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电子科技的高速发展，智能设备的用户总数和普及率逐年大幅度增 加，随之增长的是人们对高速宽带多媒体通信的需求。此时传统射频通信出现频谱资源紧 张的态势，加之电磁辐射干扰等因素的局限，以及人们日益重视辐射对身体健康的影响，促 使产生了一种能够拓宽频谱的资源，通过绿色节能的LED灯为传输基站的通信方式一一可 见光通信。近几年，伴随着白光LED技术的发展，VLC技术应用于各种场景的潜力开始彰显， 得到国内外愈来愈广泛地关注。
[0003] 相比红外无线光通信系统，VLC系统中白光LED发出的光对人眼安全，因此发射功 率可以很高，但由于LED的发光模式遵循朗伯发散模式，在离光源较远距离处，即便有较高 的发射功率，光强依然很弱。VLC系统大多设计成光强度调制、直接检测系统（Intensity modulation/direct detection，IM/DD)，接收机光电检测器件接收到的光信号的强弱将直 接决定整个系统能否正常的工作。同时LED发出的光是经过高速调制的，接收机的带宽与响 应速率必须能够与调制信号光源相匹配。因此，设计出符合性能要求并且花费较低的接收 机是可见光通信技术得以广泛应用的关键。
[0004] 对可见光通信中接收机的研究在近两年来刚刚兴起。在设计工艺方面，以往多采 用砷化镓或者双极性硅工艺来实现，但它们有成本高、功耗大、集成度低的缺点。此外，由于 接收器件特性差异较大，系统整体结构所含模块较多，之间相互影响较为复杂，现有的研究 主要是基于其可行性方面的研究，接收机搭建所用的也都是商用分立器件以实现功能。因 此，设计用于可见光通信系统的整体独立接收机专用集成电路处于创新研发阶段，该方面 还鲜有报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效缩小体积并减小各模块级联时 带入误差的基于可见光通信的接收机专用集成电路。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，包括 有依次连接的用于将得到的电流信号转化为电压信号并进行放大的跨阻放大器和用于将 跨阻放大器输出的电压信号放大至数字电压水平的限幅放大器，所述跨阻放大器的输入端 连接用于对从光电二极管接收到的电流进行补偿的前均衡单元的输出端，所述限幅放大器 的输出端连接用于对从限幅放大器输出的电压信号进行二次补偿的后均衡单元的输入端， 所述后均衡单元的输出端连接用作信号判决的比较器的输入端，所述比较器的输出构成基 于可见光通信的接收机专用集成电路的输出。
[0007] 所述的前均衡单元包括有:相并联的电流源和第一电容，所述电流源和第一电容 的一端连接电压VDD，所述电流源和第一电容的另一端分别连接第一电阻的一端、电感的一 端以及第一 NMOS管的栅极，所述电感的另一端通过第二电阻接地，所述第一电阻的另一端 和第一 NMOS管的漏极共同连接第二匪OS管的源极，第一电阻的该端和第一 NMOS管的漏极以 及第二NMOS管的源极还共同构成前均衡单元的输出端连接跨阻放大器的输入端，所述第二 NMOS管的漏极连接电压VDD，栅极通过第三电阻连接电压VDD。
[0008] 所述的后均衡单元包括有相并联的第二电容和第四电阻，所述第二电容和第四电 阻的一端共同连接所述限幅放大器的输出端，所述第二电容和第四电阻的另一端通过一个 负载电阻接地，所述第二电容和第四电阻的该端还构成后均衡单元的输出端连接比较器的 输入端。
[0009] 本发明的一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，通过新的系统拓扑结构， 同时使用前均衡和后均衡技术提升带宽，将光接收机整体集成于一片，有效地缩小了体积 并减小了各模块级联时带入的误差。整体采用标准的CMOS工艺单片集成，实现在可见光光 照环境下高速数据的接收机功能，同时具有低功耗、集成度高、成本低、易于大规模生产等 优点。本发明具有如下优点：
[0010] 1.基于新兴的可见光通信技术，实现了可见光环境下的数据接收功能，与传统的 射频通信技术相比，具有适用性广，抗干扰保密性强，无电磁辐射对人体无害等优点，在危 险品存放和特殊场所物品检测方面有诸多优势。
[0011] 2.可见光接收机芯片化。使用较为成熟的CMOS工艺进行制造，代替现有的各部分 分立器件系统结构，实现了高度集成化，减小体积，降低了成本。为研发微型可见光探测设 备及大面积推广提供了可能。
[0012] 3.在电路结构中同时加入了前均衡和后均衡电路结构，使接收机的整体带宽得到 了提升，提高了接收机的信息数据传输能力。为整体的可见光通信集成化系统进行大数据 传输提供了基础。
[0013 ] 4.本电路采用低功耗的设计方式，有效地控制整体光接收机芯片的能耗，与现有 接收机相比仅需要提供毫瓦级别的能量便可工作，提高了接收系统的持续工作能力，显著 减轻了在实际运用中的能源消耗问题。
[0014] 综上所述，本发明提出的基于可见光通信的接收机专用集成电路结构和实施方法 具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明在可见光接收端系统应用的结构示意图；
[0016] 图2是本发明基于可见光通信的接收机专用集成电路构成框图；
[0017] 图3a是本发明中前均衡单元的电路原理图；
[0018] 图3b是本发明前均衡单元中并联谐振回路的等效电路；
[0019]图3c是本发明前均衡单元中RLC网络等效电路图；
[0020] 图4是本发明中后均衡单元的电路原理图。
[0021] 图中
[0022] 1:蓝色滤波片 2:集成电路芯片
[0023] 3:数字端或示波器21:前均衡单元
[0024] 22:跨阻放大器 23:限幅放大器
[0025] 24:后均衡单元 25:比较器
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施过程和附图对本发明的一种基于可见光通信的接收机专用集成电 路做出详细说明。
[0027] 图1给出了本发明所应用的可见光接收端系统结构示意图。如图1所示使用硅PIN 光电二极管ro作为可见光探测器，将前端白光LED发射的加载有0/1信号的可见光透过蓝色 滤波片1转化为电流信号，再通过本发明的基于可见光通信的接收机专用集成电路芯片2将 该微小电流信号转化为数字电压水平的电压信号。
[0028] 如图2所示，本发明的一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，包括有依次连 接的用于将得到的电流信号转化为电压信号并进行放大的跨阻放大器22和用于将跨阻放 大器22输出幅度很小的电压信号放大至数字电压水平的限幅放大器23,所述跨阻放大器22 的输入端连接用于对从光电二极管ro接收到的电流进行补偿的前均衡单元21的输出端，所 述限幅放大器23的输出端连接用于对从限幅放大器23输出的电压信号进行二次补偿的后 均衡单元24的输入端，所述后均衡单元24的输出端连接用作信号判决的比较器25的输入 端，所述比较器25的输出构成基于可见光通