一种可见光通信系统的驱动器的制作方法

本发明涉及光学领域，更具体地，涉及一种可见光通信系统的驱动器。

背景技术：

常用的可见光通信系统中往往将调制后的信号通过任意波形发生器发送出去，还需要用到一个或多个功率放大器对信号进行放大，然后偏置电路将调制后的信号和直流信号耦合后驱动led发光。采用这种方式的驱动器是通过调节电流实现照明调光进行光通信，具体为偏置电路提供一个静态电流，在此基础上通过信号发生器产生的交流信号加在led上进行通信。

如申请号为“cn201880023877.9”的专利公布文件公开了一种用于vlc的led驱动器，该驱动器也是通过调节电流大小实现照明调光，这种类型的驱动器使用bias-t将照明用的直流驱动电流与交流数据进行耦合后传输，并且除了要使用bias-t外，在vlc的传输系统中还需要用到单个或多个功率放大器，导致用于通信作用的电流非常小，一大部分电流用在照明上，造成了能量的浪费，损耗较大，不但使整个可见光通信系统成本变高且尺寸较大，也导致可见光通信系统效率的下降。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术中可见光通信系统的驱动器体积大且能耗大的问题，提供一种可见光通信系统的驱动器，采用在led两端交替提供0v和光源工作电压的方式，可以把驱动器所有能量都用在通信上，并且同样能实现照明功能，无需功率放大器，降低体积和减少损耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可见光通信系统的驱动器，包括驱动单元、用于为驱动单元供电的第一电源单元、用于发送数字信号给驱动单元的信号发出单元、光源组件、用于为光源组件供电的第二电源单元和第一晶体管单元；所述第一电源单元与所述驱动单元的电源端连接，所述信号发出单元与所述驱动单元的输入端连接；所述驱动单元的第一输出端和第二输出端分别与所述第一晶体管单元的第一输入端连接；所述第二电源单元的输出端与所述光源组件的输入端连接，所述光源组件的输出端与所述第一晶体管单元的第二输入端连接，所述第一晶体管单元的输出端和第二电源单元共同接地。

第一电源单元为驱动单元提供电力，当信号发出单元向驱动单元发出高电平信号时，驱动单元的电源端和第一输出端处于通路状态，驱动单元的电流通过驱动单元的第一输出端流向第一晶体管的第一输入端。而第一晶体管的第一输入端和输出端之间是一个电容，两者形成为了电压差，且储存能量，令第一晶体管处于通路状态。此时第二电源单元产生的电流经过光源组件后到达第一晶体管，此时第一晶体管处于通路状态，因此电流能够经过第一晶体管的第二输入端流向第一晶体管的输出端后回流地线，与第二电源单元形成导通的回路，光源组件发光。而当信号发出单元向驱动单元发出地电平信号时，驱动单元电源端和第一输出端处于断路状态，而此时第一晶体管相当于一个充满电的电容，并提供电流流回驱动单元的第二输出端，因此第一晶体管的电压逐渐减少，当减少至一定值时，第一晶体管相当于断路，光源组件与第二电源单元的回路也不再导通，此时光源组件的电压值为零，光源组件的光强发生够改变。通过数字信号发生器控制高电平电压在一个周期的占空比，进而调整led光源的亮度，实现了对光源的调光。

可见光通信系统的光电探测器可以通过光源组件的导通和关闭时产生的光强不同辨认出到光源组件的导通和关闭的状态，并在光源组件导通时输出数字信号1给接收端，在光源组件关闭时输出信号0给接收端，实现通信的功能。

优选的，还包括第二晶体管单元；所述第二晶体管单元的第一输入端与输出端连接，所述第二晶体管的输出端与所述光源组件的输出端连接，所述第二晶体管单元的第二输入端与所述第二电源单元的输出端连接。信号发出单元向驱动单元发出地电平信号，光源组件与第二电源单元的回路处于断开状态，此时光源组件与第二晶体管单元形成了一个回路，由于第二晶体管单元的第一输入端与输出端短接在一起，因此第二晶体管单元起到一个类似二极管的作用，令光源组件的残余电流更快消失，加快光强的变化，从而提高光强的变化速度，进一步提高驱动器的通信效率。

优选的，所述第一电源单元的输出端连接有第一电容，可以消除第一电源单元到驱动单元的电源端的纹波(交流)电压。

优选的，所述第二电源单元的输出端连接有第二电容，可以消除第二电源单元到第二晶体管单元的纹波(交流)电压。

优选的，所述第一晶体管单元和所述第二晶体管单元均为gan功率器件，gan功率晶体管用作类似开关作用时，通过其高开关速度和低开关损耗特性，可以实现所建议的具有数据速率60mhz/s开关频率的驱动器。而类似二极管连接的gan功率晶体管具有零反向恢复电荷的特征，性能优于传统的超快恢复二极管，用于提高数据速率和led驱动器的效率。

优选的，所述信号发出单元为可发出数字信号的现场可编程门阵列器件。本驱动器只需要用到数字信号，因为采用现场可编程门阵列器件后即可实现驱动器的功能，无需使用传统的较为昂贵的任意波形发生器，降低通信系统的成本。

优选的，所述光源组件为led灯或led灯组。和日光灯和白炽灯相比，基于半导体材料的led优势如下：1、能量转换效率更高，部分led可以达到192lm/w；2、响应速度更快，光通信系统为兼顾通信和照明，需要以极快的速度闪烁，以确保人眼的安全性；3、led的照明时长是白炽灯和日光灯的10-100倍，按照规定操作使用寿命可达到十万小时；4、体积小，和大型照明灯具相比，led更加稳定且便于封装，可以根据设计的vlc系统需求调整led的辐射角，为点对点和点对多点空间复用提供；5、较强的单色性，可利用不同颜色的led实现波分复用vlc通信系统。

优选的，所述驱动单元第一输出端与所述第一晶体管第一输入端之间连接有第一电阻r1。所述驱动单元第一输出端与所述第一晶体管第一输入端之间连接有第一电阻r2。可以通过调节r1，r2的电阻值，抑制电路的谐振。

优选的，所述第一晶体管的输出端通过连接电阻r3后接地。可以通过调节r3控制电流，保护led不被烧毁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本驱动器通过在光源两端交替接入0v电压和额定工作电压来实现通信，可以把所有能量都用在通信上，并且同样能实现照明功能，极大地节约了能量，降低损耗和提高效率。同时，本驱动器采用数字信号调制，无需将电路电压偏置在某个电压值，因此无需使用功率放大器，减少了通信系统的体积。

附图说明

图1是本发明的一种可见光通信系统的驱动器的原理图；

图2是本发明本发明的一种可见光通信系统的驱动器的电路连接图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1所示为一种可见光通信系统的驱动器的实施例，包括驱动单元、用于为驱动单元供电的第一电源单元、用于发送数字信号给驱动单元的信号发出单元、光源组件、用于为光源组件供电的第二电源单元和第一晶体管单元；第一电源单元与驱动单元的电源端连接，信号发出单元与驱动单元的输入端连接；述驱动单元的第一输出端和第二输出端分别与第一晶体管单元的第一输入端连接；第二电源单元的输出端与光源组件的输入端连接，光源组件的输出端与第一晶体管单元的第二输入端连接，第一晶体管单元的输出端和第二电源单元共同接地。

优选的，还包括第二晶体管单元；第二晶体管单元的第一输入端与输出端连接，第二晶体管的输出端与光源组件的输出端连接，第二晶体管单元的第二输入端与第二电源单元的输出端连接。信号发出单元向驱动单元发出地电平信号，光源组件与第二电源单元的回路处于断开状态，此时光源组件与第二晶体管单元形成了一个回路，由于第二晶体管单元的第一输入端与输出端短接在一起，因此第二晶体管单元起到一个类似二极管的作用，令光源组件的残余电流更快消失，加快光强的变化，从而提高光强的变化速度，进一步提高驱动器的通信效率。

本实施例的工作原理或工作流程：第一电源单元为驱动单元提供电力，当信号发出单元向驱动单元发出高电平信号时，驱动单元的电源端和第一输出端处于通路状态，驱动电源的电流通过驱动单元的第一输出端流向第一晶体管的第一输入端。而第一晶体管的第一输入端和输出端之间是一个电容，两者形成为了电压差，且储存能量，令第一晶体管处于通路状态。此时第二电源单元产生的电流经过光源组件后到达第一晶体管，此时第一晶体管处于通路状态，因此电流能够经过第一晶体管的第二输入端流向第一晶体管的输出端后回流地线，与第二电源单元形成导通的回路，光源组件发光。而当信号发出单元向驱动单元发出地电平信号时，驱动单元电源端和第一输出端处于断路状态，而此时第一晶体管相当于一个充满电的电容，并提供电流流回驱动单元的第二输出端，因此第一晶体管的电压逐渐减少，当减少至一定值时，第一晶体管相当于断路，光源组件与第二电源单元的回路也不再导通，此时光源组件的电压值为零，光源组件的光强发生够改变。通过数字信号发生器控制高电平电压在一个周期的占空比，进而调整led光源的亮度，实现了对光源的智能调光。

可见光通信系统的光电探测器可以通过光源组件的导通和关闭时产生的光强不同辨认出到光源组件的导通和关闭的状态，并在光源组件导通时输出数字信号1给接收端，在光源组件关闭时输出信号0给接收端，实现通信的功能。

本实施例的有益效果：本驱动器通过在光源两端交替接入0v电压和额定工作电压实现通信，可以把所有能量都用在通信上，并且同样能实现照明功能，极大地节约了能量，降低损耗和提高效率。同时，本驱动器采用数字信号调制，无需将电路电压偏置在某个电压值，因此无需使用功率放大器，减少了通信系统的体积。

实施例2

如图1-2所示为一种可见光通信系统的驱动器的另一实施例，与实施例1的区别在于，对其中的各单元进一步限定。

其中，驱动单元为驱动芯片lmg1020、第一电源单元为电压值为19v的电源、信号发出单元为现场可编程门阵列(fpga)开发板、第一晶体管单元和第二晶体管单元均为epc2019芯片，光源组件为led灯d1。

如图2所示，驱动芯片lmg1020的vdd端与5v的电源连接和电容c1连接、inp端与信号发出单元为现场可编程门阵列开发板连接、outh端通过电阻r1与第一个epc2019芯片的gatein端连接、outl端通过电阻r2与第一个epc2019芯片的sourcein端连接；其余端口接地。其中，r1和r2的值取1mω，较小的阻值可以极大加快栅极的充电和放电速度；电容c1的值取100nf。

第一个epc2019芯片的sourcein端通过电阻r3接地；

led灯d1的输入端分别与19v的电源、电容c2和第二个epc2019芯片drain端连接，输出端分别与第一个epc2019芯片drain端连接和第二个epc2019芯片的sourcein端连接。电容c2的值取100nf

第二个epc2019芯片的sourcein端与第二个epc2019芯片gatein端连接，第二个epc2019芯片drain端与19v的。

本实施例的工作原理或工作流程：当fgpa开发板输出2.5v高电平电压时，lmg1020芯片的vdd端和outh端是通路的，5v电源产生电流流向lmg1020芯片的vdd端，再从vdd端流向outh端，再通过电阻r1流向第一个epc2019芯片的gate端(即电流流向为:v1→vdd→outh→gatein)。gatein端和sourcein端之间是一个电容，二者之间形成5v电压差，且储存能量，使得gate端和source端形成通路。此时19v电源端产生电流流过led等到达第一个epc2019芯片的drain端，再到sourcein端，再到地线。即(vbus→d1→drain→sourcein→地)，led灯d1发光。当fgpa开发板输出低电平电压时，lmg1020芯片部再提供电流。第一个epc2019芯片的gatein端和sourcein端相当于一个充满电的电容，它提供的电流从r2流到outl端,再到地(即电流流向：gate→r2→outl→地)，由于gatein端提供电流，gatein端和source端之间的电压逐渐减小。当减小到一定值时，drain端和sourcein端相当于断路，19v的电源不再提供电流给led灯d1，led灯d1关闭。同时led和位于上方的epc2019形成一个回路，led的电流可以更快消失。

本实施例的有益效果：本驱动器通过在光源两端交替接入0v和19v的电压实现通信，可以把所有能量都用在通信上，并且同样能实现照明功能，极大地节约了能量，降低损耗和提高效率。同时，本驱动器采用数字信号调制，无需将电路电压偏置在某个电压值，因此无需使用功率放大器，减少了通信系统的体积。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。