一种可见光通信前端电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可见光通信前端电路，包括：前端发射电路以及前端接收电路。其中，前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区。前端接收电路用于将LED产生的光信号转化为电流信号，并将电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与第一数字信号对应的第二数字信号。可见，本发明提供的可见光通信前端电路，无需使用bias-T型偏置电路模块，电路成本低。且前端发射电路可利用可变电阻，以耦合的方式，为LED灯组提供可控大小的直流偏置，使得LED能够提供照明所需的亮度，又使输入信号的调制深度高。
【专利说明】一种可见光通信前端电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光通信【技术领域】，更具体的说，是涉及一种可见光通信前端电路。【背景技术】
[0002]近年来，随着可见光通信技术的逐渐兴起，越来越多的科研机构对其进行研究。通常，可见光通信从理论应用到实践，需要解决模拟前端电路实现的问题。
[0003]目前，现有技术是通过在发送端配合使用bias-T型偏置电路模块和放大器电路模块，以满足既为LED提供照明所需的电流，又使LED处在良好的线性工作状态，以保证信号的完整性。
[0004]但上述方式的模块价格昂贵、电源电压要求高且不易于小型化。除此，发明人发现，上述模块一般都不是LED专用的驱动模块，存在阻抗不匹配，高、低频信号畸变等问题，影响了可见光通信的工作性能。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种可见光通信前端电路，以克服现有技术中可见光电路成本高、阻抗不匹配的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种可见光通信前端电路，包括:前端发射电路以及前端接收电路；
[0008]所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区；
[0009]所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。
[0010]优选的，所述前端发射电路包括:第一电阻、第一电容、可变电阻、第一放大电路，第二放大电路以及LED ；
[0011]所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端以及外接信号源的输出端相连，所述第一电容的第二端分别与所述第一放大电路的输入端以及所述可变电阻的滑动端相连，所述可变电阻串接在第一预设电压与地之间，所述第二放大电路的输入端与所述第一放大电路的输出端相连，所述第二放大电路的输出端与所述LED相连。
[0012]优选的，所述前端接收电路包括:接收二极管、第二电容、电流转电压电路、低通滤波电路以及增益放大电路；
[0013]所述接收二极管串接在第二预设电压与地之间，所述接收二极管的阳极通过所述第二电容与所述电流转电压电路的输入端相连，所述电流转电压电路的输出端与所述低通滤波电路的输入端相连，所述增益放大电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端相连，所述增益放大电路的输出端作为所述前端接收电路的输出端。
[0014]优选的，所述第一放大电路包括第一运算放大器，所述第二放大电路包括第二运算放大器，所述第一运算放大器以及所述第二运算放大器为0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。
[0015]优选的，所述LED为蓝光芯片和黄色荧光粉混合型LED或RGB三基色混合型LED。
[0016]优选的，在所述接收二极管处设置有聚光镜。
[0017]优选的，还包括设置在所述二极管与所述LED之间的滤光镜片。
[0018]优选的，所述接收二极管为Si PIN型LED或APD。
[0019]优选的，所述电流转电压电路包括AD8015A的集成电路芯片。
[0020]优选的，所述前端接收电路还设置有金属屏蔽罩。
[0021]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种可见光通信前端电路，包括:前端发射电路以及前端接收电路。其中，所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区。所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。可见，本发明提供的可见光通信前端电路，无需使用bias-T型偏置电路模块，电路成本低。且前端发射电路可利用可变电阻，以耦合的方式，为LED灯组提供可控大小的直流偏置，使得LED能够提供照明所需的亮度，又使输入信号的调制深度高。另外，采用第一运算放大器以及第二运算放大器均为宽带运放，能够有效提高电路传输的信息带宽。而在前端接收电路中，采用性能优越的AD8015AR芯片搭建光电转换电路，用集成芯片搭建后级低通滤波、信号放大电路，可以有效提高电路的接收带宽，并降低接收电路自身引入的噪声。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明实施例提供的一种可见光通信前端电路中前端发射电路的结构示意图；
[0024]图2为本发明实施例提供的一种可见光通信前端电路中前端接收电路的结构示意图；
[0025]图3为本发明实施例提供的一种可见光通信前端电路中前端发射电路的复用的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]本发明提供了一种可见光通信前端电路，包括:前端发射电路以及前端接收电路。其中，所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区。所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。可见，本发明提供的可见光通信前端电路，无需使用bias-T型偏置电路模块，电路成本低。且前端发射电路可利用可变电阻，以耦合的方式，为LED灯组提供可控大小的直流偏置，使得LED能够提供照明所需的亮度，又使输入信号的调制深度高。另外，采用第一运算放大器以及第二运算放大器均为宽带运放，能够有效提高电路传输的信息带宽。而在前端接收电路中，采用性能优越的AD8015AR芯片搭建光电转换电路，用集成芯片搭建后级低通滤波、信号放大电路，可以有效提高电路的接收带宽，并降低接收电路自身引入的噪声。
[0028]请参阅附图1，为本发明提供的一种可见光通信前端电路中前端发射电路的结构示意图，其中，该可见光通信前端电路还包括前端接收电路，如图2所示。
[0029]其中，所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区。
[0030]所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。
[0031]可见，本实施例提供的可见光通信前端电路无需使用bias-T型偏置电路模块，电路成本低。
[0032]在上述本发明提供的实施例的基础上，优选的，所述前端发射电路包括:第一电阻、第一电容、可变电阻、第一放大电路，第二放大电路以及LED。
[0033]其连接关系为:
[0034]所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端以及外接信号源的输出端相连，所述第一电容的第二端分别与所述第一放大电路的输入端以及所述可变电阻的滑动端相连，所述可变电阻串接在第一预设电压与地之间，所述第二放大电路的输入端与所述第一放大电路的输出端相连，所述第二放大电路的输出端与所述LED相连。
[0035]同样，本实施例还提供了一种前端接收电路的具体结构，包括:接收二极管、第二电容、电流转电压电路、低通滤波电路以及增益放大电路。
[0036]其各器件的连接关系为:
[0037]所述接收二极管串接在第二预设电压与地之间，所述接收二极管的阳极通过所述第二电容与所述电流转电压电路的输入端相连，所述电流转电压电路的输出端与所述低通滤波电路的输入端相连，所述增益放大电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端相连，所述增益放大电路的输出端作为所述前端接收电路的输出端。
[0038]需要说明的是，所述第一放大电路包括第一运算放大器，所述第二放大电路包括第二运算放大器，所述第一运算放大器以及所述第二运算放大器为0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。所述LED为蓝光芯片和黄色荧光粉混合型LED或RGB三基色混合型 LED。
[0039]除此，本实施例还在所述接收二极管处设置有聚光镜。且还在所述二极管与所述LED之间，设置有滤光镜片。具体的，所述接收二极管可以为Si PIN型LED或APD。所述电流转电压电路可以包括AD8015A的集成电路芯片。所述前端接收电路还可以设置有金属屏蔽罩。
[0040]现结合上述连接关系，对本实施例提供的可见光通信前端电路的工作原理进行说明，如下:
[0041]首先，电路通过设定第一电阻的阻值(对应图中的56Q的电阻)，实现与前端信号源电路的阻抗匹配，产生最大功率的信号输出。其次，有用信号采用交流耦合方式，通过第一电容(对应图中的I U "的电容)接入驱动电路中，避免直流电流倒灌影响信号源电路的正常工作。之后，电路中还采用第一放大电路，以便为有用信号和直流电压提供足量的增益，并有效提高信号调制可用的深度。在信号经过第一放大电路后，流经第二放大电路，该第二放大电路用于完成将该放大器两端的输入电压差转移到5Q电阻上，以便产生足量的电流，既为LED灯组提供偏置，使其处在线性区并拥有足量的照明度，又将有用信号加载到灯上，转换为可见光信号发送出去。
[0042]需要说明的是，由于直流偏置是由前级的偏置电阻引入的，而电阻阻值可调，所以该驱动电路的直流偏置大小可调。
[0043]为了有效滤除了电源电路引入的噪声，本实施例还增设去耦电容。在该前端发送电路中，放大器可采用低噪、低失谐、高输出电流、大带宽和高摆率的运放，例如0PA2670、0PA2673、0PA2674系列的放大器芯片，可以实现大带宽的信息传输，线性度好。而LED既可采用蓝光芯片和黄色荧光粉混合型，也可采用RGB三基色混合型LED。若采用RGB混合型LED，则利用该设计，还能通过组合电路，在发送端使用多路复用技术进行多光谱调制，以提高传输速率，组合形式如图3所示。
[0044]在可见光接收端，前端接收电路采用一个高灵敏度的接收二极管(PD)，以实现光信号到电信号的转换。为了提高电路的检测灵敏度，本实施例还采取了两种不同的方式:一，给光电二极管加上反向偏压，通过偏压降低ro内部电容的影响。二，在光电二极管的前方加装了聚光镜，以便使照明灯光聚集在光电二极管上的光强最强。
[0045]如果采用单色光传输信息，还可通过采用滤光镜片，消除不必要的背景灯光造成的影响。经过ro的作用，有用信号转换为相应的电流信号输出。为了便于后级电路对信号的处理，实施例中通过采用一级电流-电压转换器，将获得的电流信号转换为电压信号，并经后级低通滤波、高增益放大、A/D转换，恢复为原始的数字信息输出。
[0046]在本实施例中，接收端的后级滤波、放大电路均采用单片集成芯片，工作性能好，稳定性高。接收二极管可采用Si PIN型的LED，如S6968系列，也可采用APD。电流-电压转换器则采用专门的集成芯片，如AD8015AR，避免了采用宽带低噪放大器自行搭建所带来的带宽限制，较好的实现了光电转换电路的功能，使接收电路的工作性能达到百兆量级。除此，本接收端电路还通过加盖金属屏蔽罩，极大削弱了外界电磁信号对接收电路的干扰，提高了接收端电路的灵敏度。
[0047]综上所述:本发明提供了一种可见光通信前端电路，包括:前端发射电路以及前端接收电路。其中，所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区。所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。可见，本发明提供的可见光通信前端电路，无需使用bias-T型偏置电路模块，电路成本低。且前端发射电路可利用可变电阻，以耦合的方式，为LED灯组提供可控大小的直流偏置，使得LED能够提供照明所需的亮度，又使输入信号的调制深度高。另外，采用第一运算放大器以及第二运算放大器均为宽带运放，能够有效提高电路传输的信息带宽。而在前端接收电路中，采用性能优越的AD8015AR芯片搭建光电转换电路，用集成芯片搭建后级低通滤波、信号放大电路，可以有效提高电路的接收带宽，并降低接收电路自身引入的噪声。
[0048]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0049]对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种可见光通信前端电路，其特征在于，包括:前端发射电路以及前端接收电路； 所述前端发射电路用于将信号源产生的第一数字信号进行交流耦合并放大后，生成第一电流信号，以使LED工作在线性区； 所述前端接收电路用于将所述LED产生的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号转化为电压信号，经低通滤波、增益放大后，生成一与所述第一数字信号对应的第二数字信号。
2.根据权利要求1所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述前端发射电路包括:第一电阻、第一电容、可变电阻、第一放大电路，第二放大电路以及LED ； 所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端以及外接信号源的输出端相连，所述第一电容的第二端分别与所述第一放大电路的输入端以及所述可变电阻的滑动端相连，所述可变电阻串接在第一预设电压与地之间，所述第二放大电路的输入端与所述第一放大电路的输出端相连，所述第二放大电路的输出端与所述LED相连。
3.根据权利要求1所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述前端接收电路包括:接收二极管、第二电容、电流转电压电路、低通滤波电路以及增益放大电路； 所述接收二极管串接在第二预设电压与地之间，所述接收二极管的阳极通过所述第二电容与所述电流转电压电路的输入端相连，所述电流转电压电路的输出端与所述低通滤波电路的输入端相连，所述增益放大电路的输入端与所述低通滤波电路的输出端相连，所述增益放大电路的输出端作为所述前端接收电路的输出端。
4.根据权利要求2所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第一运算放大器，所述第二放大电路包括第二运算放大器，所述第一运算放大器以及所述第二运算放大器为0PA2670、0PA2673或0PA2674的放大器芯片。
5.根据权利要求1所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述LED为蓝光芯片和黄色荧光粉混合型LED或RGB三基色混合型LED。
6.根据权利要求3所述的可见光通信前端电路，其特征在于，在所述接收二极管处设置有聚光镜。
7.根据权利要求3所述的可见光通信前端电路，其特征在于，还包括设置在所述二极管与所述LED之间的滤光镜片。
8.根据权利要求1所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述接收二极管为SiPIN 型 LED 或 APD。
9.根据权利要求3所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述电流转电压电路包括AD8015A的集成电路芯片。
10.根据权利要求1所述的可见光通信前端电路，其特征在于，所述前端接收电路还设置有金属屏蔽罩。
【文档编号】H04B10/40GK103716094SQ201410004680
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】邬江兴, 于宏毅, 朱义君, 张剑, 田忠俊 申请人:中国人民解放军信息工程大学