一种LED电光调制频率特性的自动测量装置的制作方法

本申请涉及可见光通信技术领域，具体而言，涉及一种led电光调制频率特性的自动测量装置。

背景技术：

可见光通信是以可见光波(波长为380nm～780nm)作为传输媒介的一种短距离光无线通信方式，由于可见光具有人体无伤害、不受频谱管理限制等诸多优点，使得近些年可见光通信得到了快速发展。led光源依靠其发散角大、光强大、价格便宜等优势，使得led在光通信中的应用日益增大。

目前水下光通信的led光源多采用商用led芯片，但商用led芯片多用于照明功能，对led芯片的高频调制性能并没有专门研究，因此商用led芯片的数据手册并不会给出led的电光频率特性，给可见光通信研发人员造成了较大的困扰。同时当前对led电光频率特性的研究，并没有直接测量led芯片输入输出引脚上的实际电压与电流值大小；也未考虑到调制信号波形对led电光特性的影响。即当前的led电光效应测量设备不能满足研究人员更加全面的掌握led的电光调制频率特性以及调制波形对led的电光特性影响的需求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种led电光调制频率特性的自动测量装置，可以测量led电光调制频率特性以及调制信号波形对led电光特性的影响。

第一方面，本申请实施例提供了一种led电光调制频率特性的自动测量装置，所述装置包括：led转接板、微处理器，所述微处理器依次通过高精度直流dac和直流驱动电路与所述led转接板连接，用以产生放大的直流输入信号发送至所述led转接板；所述微处理器还依次通过高速交流dac和交流驱动电路与所述led转接板连接，用以产生放大的调制输入信号发送至所述led转接板；所述led转接板用于与待测量led芯片连接，所述led芯片旁设置有光电探测器，所述光电探测器依次通过信号处理电路、高速高精度adc与所述微处理器连接，用以获取所述led芯片的输出信号并发送至所述微处理器中；所述微处理器还与上位机连接，用以将所述直流输入信号、调制输入信号、输出信号发送至所述上位机进行数据图像处理。

优选的，所述微处理器用以接收所述上位机的指令，配合所述高速交流dac产生不同种类、频率、幅值参数的调制波形，并接收多个adc的输出信号以完成整个系统的测量。

优选的，所述光电探测器还通过透镜与可调衰减片连接，所述可调衰减片置于所述led芯片旁，所述可调衰减片和透镜用于控制所述led芯片的输出光信号的大小，并控制输入到所述光电探测器的实际光强大小。

优选的，所述高速高精度adc用于通过获取经过放大整形后的所述光电探测器的输出信号来完整获取所述led芯片的实际输出光信号。

优选的，所述信号处理电路包括tia跨阻放大电路与后处理电路，用于放大调节所述光电探测器的输出信号，使经过处理后的所述输出信号能够满足所述高速高精度adc对输入信号范围的要求。

优选的，所述高精度直流dac用以与所述直流驱动电路相配合，为所述led芯片产生不同的偏置电压；所述高速交流dac用以与所述交流驱动电路相配合，为所述led芯片产生具有驱动能力的不同调制信号；所述高精度直流dac与高速交流dac接收到的控制信号均来自所述微处理器。

优选的，所述装置还包括灯珠电压采样adc与灯珠电流采样adc，用于测量所述led芯片输入引脚与输出引脚之间的电压、电流值大小，并将测量结果传输至所述微处理器。

优选的，所述装置还包括tec温度控制模块与温度传感器，所述tec温度控制模块与温度传感器均分别与所述led转接板、微处理器连接，用于稳定所述led芯片的温度。

本发明的有益效果为：通过采用微处理器产生输入信号，获取led芯片引脚上的电压电流值大小，并获取led芯片实际输出光信号的大小，实现了led芯片电光调制频率特性的自动测量。同时控制微处理器产生不同种类、频率、幅值等参数的调制波形，可以探究调制信号波形对led电光调制频率特性的影响，使得可见光通信研究人员可以更好的掌握led芯片的实际发光性能，以及采用的光通信中调制信号的调制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种led电光调制频率特性的自动测量装置的结构举例示意图；

图2为本申请实施例提供的直流驱动电路与交流驱动电路的具体结构举例示意图；

图3为本申请实施例提供的通过灯珠电压采样adc与灯珠电流采样adc对led芯片输入输出端电压电流测量的举例示意图；

图4为本申请实施例提供的一种led电光调制频率特性的自动测量装置的原理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征a、b、c，另一个实施例包含特征b、d，那么本发明也应视为包括含有a、b、c、d的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种led电光调制频率特性的自动测量装置的结构示意图。在本申请实施例中，所述装置包括：led转接板、微处理器，所述微处理器依次通过高精度直流dac和直流驱动电路与所述led转接板连接，用以产生放大的直流输入信号发送至所述led转接板；所述微处理器还依次通过高速交流dac和交流驱动电路与所述led转接板连接，用以产生放大的调制输入信号发送至所述led转接板；所述led转接板用于与待测量led芯片连接，所述led芯片旁设置有光电探测器，所述光电探测器依次通过信号处理电路、高速高精度adc与所述微处理器连接，用以获取所述led芯片的输出信号并发送至所述微处理器中；所述微处理器还与上位机连接，用以将所述直流输入信号、调制输入信号、输出信号发送至所述上位机进行数据图像处理。

在一种可实施方式中，所述微处理器用以接收所述上位机的指令，配合所述高速交流dac产生不同种类、频率、幅值参数的调制波形，并接收多个adc的输出信号以完成整个系统的测量。

在一种可实施方式中，所述光电探测器还通过透镜与可调衰减片连接，所述可调衰减片置于所述led芯片旁，所述可调衰减片和透镜用于控制所述led芯片的输出光信号的大小，并控制输入到所述光电探测器的实际光强大小。

在一种可实施方式中，所述高速高精度adc用于通过获取经过放大整形后的所述光电探测器的输出信号来完整获取所述led芯片的实际输出光信号。

在一种可实施方式中，所述信号处理电路包括tia跨阻放大电路与后处理电路，用于放大调节所述光电探测器的输出信号，使经过处理后的所述输出信号能够满足所述高速高精度adc对输入信号范围的要求。

在一种可实施方式中，所述高精度直流dac用以与所述直流驱动电路相配合，为所述led芯片产生不同的偏置电压；所述高速交流dac用以与所述交流驱动电路相配合，为所述led芯片产生具有驱动能力的不同调制信号；所述高精度直流dac与高速交流dac接收到的控制信号均来自所述微处理器。

在一种可实施方式中，所述装置还包括灯珠电压采样adc与灯珠电流采样adc，用于测量所述led芯片输入引脚与输出引脚之间的电压、电流值大小，并将测量结果传输至所述微处理器。

在一种可实施方式中，所述装置还包括tec温度控制模块与温度传感器，所述tec温度控制模块与温度传感器均分别与所述led转接板、微处理器连接，用于稳定所述led芯片的温度。

其中，转接板可以更换具有多种尺寸可以涵盖大部分led芯片的封装，转接板可以更换重复使用，方便不同led芯片的测量。微处理器可以是单片机、dsp、fpga、arm等常用微处理器。光电探测器可以是pd，pin，apd等常用光电探测器。温度传感器与tec温度控制模块用于稳定led的温度，使自动测量装置可以排除温度对led电光调制频率特性的影响。

具体的，微处理器利用dac产生调制信号与直流信号，经过驱动电路的放大后进入到led芯片当中，led芯片产生的光信号经可调衰减片与透镜后，进入到光电探测器中，光电探测器的输出信号经高速高精度adc采样，并将结果反馈到微处理器中，最后微处理器将输入输出结果传递到上位机中，并做最后的图像处理，以此完成led电光调制频率的自动测量与数据处理工作。研究人员在上位机中设计调制波形，利用微处理器产生不同种类、频率、幅值等参数的调制波形，进而探究调制信号波形对led电光调制频率特性的影响。

参见图2，本申请的自动测量装置发出的高速调制信号由微处理器产生，利用高速dac将产生的数字信号转化为模拟信号，经过放大驱动电路后，输出给led芯片。需要说明的是，此处放大驱动电路分为两路：一路是高速小电流放大驱动电路，可提供带宽为200mhz、电流为0.1a的高速小电流驱动信号；另一路是低速大电流驱动电路，可提供带宽为5mhz、电流为2a的低速大电流驱动信号。分成两路是由于高速和大电流在同一个电路中是很难实现的，故为了满足设计需要，通过一路高速小电流放大驱动电路与一路低速大电流驱动电路来实现。微处理器同时控制另一个低速高精度dac，产生一个精确度较高的直流信号，经过放大驱动电路后，输出给led芯片，用于提供直流电平分量给led芯片。

参见图3，为研究led芯片电光调制频率的特性，需要直接测量led芯片输入输出引脚间电压与流过led芯片的电流大小。利用跟随器可以获取led芯片两端的电压而不影响电路的实际参数，在将跟随出的信号处理后利用高速adc进行采样，即可得到led芯片在任意时刻的实际电压值。流经led芯片的电流无法直接测量，需要在电路中加入一个小阻值的采样电阻，再测量采样电阻上的电压值，经过转换后间接测量电流值。

本申请的工作原理如图4所示，具体步骤如下：1、微处理器首先接收来自上位机的可控调制信号与直流电平设置信号；2、利用低速高精度dac直流信号；3、利用高速dac输出调制信号，并存储dac的当前输出值；4、利用两个高速高精度adc分别采样led芯片引脚上的电压与电流数据，并按时间存储数据；5、获取光电探测器后的高速高精度的adc采样值，并按时间存储数据；重复3、4、5过程，直到获得足够多的数据后，将所有数据一起传递给上位机。其中3、4、5过程中，dac与adc的采样时间控制需要控制在一个小范围内，以保证所有dac的输出值与adc的输入值的采样时刻可近似看做同一时刻。上位机接收数据来源于微处理器，首先读取为led芯片提供直流分量的低速高精度dac的输出数据，作为同一组测量数据的基础条件之一；接着在同一时间点上读取并按时间顺序存储以下数据：1、高速dac的输出数据，2、led芯片输入输出引脚上电压与电流测量adc的输出数据，3、光电探测器后高速高精度adc的输出数据。在获取大量数据后，将这些数据按照时间顺序绘制图像，即可得到某一直流电平条件下的输出调制信号、led芯片端电压与电流实际大小、实际led输出光信号的关系图，以此完成led芯片的电光调制频率特性的自动测量过程。

在微处理器中加入可控调制信号，控制高速dac输出所设计的调制信号，重复上述过程即可完成不同调制信号对led芯片电光调制频率特性影响的研究，为后续可见光通信编码与调制技术的研究打下坚实的基础。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。