CN105141375A - 一种无源可见光通信接收机 - Google Patents

Abstract

一种无源可见光通信接收机，有用于提供电源的光电池、用于实现通信信号的准确接收的接收机和用于将输入的直流电压稳定到接收机所需要的稳定的电压源的电源管理器，光电池的一端接地，另一端通过能够将光电池所产生的不断变化的直流电压分为交流电压和恒定的直流电压输出的LC无源电路分别连接接收机和电源管理器，其中，输出的交流电压连接接收机，输出的恒定的直流电压连接电源管理器。本发明通过光电池来接收可见光信号，不仅实现了信号的有效接收，还可提供光接收机工作的电源电压，当可见光信号发射时光接收机开始工作，形成了无源的可见光通信接收机。无源可见光通信接收机具备更好的便携性和更长的使用寿命。可用于无源光标签、可见光定位的锚点。

Description

一种无源可见光通信接收机

技术领域

本发明涉及一种可见光通信接收机。特别是涉及一种通过光电池接收可见光信号和能量的无源可见光通信接收机。

背景技术

可见光通信技术(VisibleLightCommunication,VLC)是采用发光二级管(LightEmittingDiode,LED)作为发射级，光电探测器接收转换为电信号，交给接收机进行解调的一种近来发起的光无线通信技术。可见光通信技术较射频无线通信技术而言，具有无污染，无电磁辐射，高精确度以及无带宽限制等优点，故具有广泛应用的前景。

目前可见光通信接收机都需要外部电源提供所需要的能量，限制了其便携性和使用寿命，采取无源光通信接收机结构之后，在满足指标性能的同时，大大提高了可见光通信接收机的便携性和寿命,免更换电池维护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在满足可见光通信接收机性能指标的同时，提高可见光通信接收机便携性和使用寿命的无源可见光通信接收机。

本发明所采用的技术方案是：一种无源可见光通信接收机，包括有用于提供电源的光电池、用于实现通信信号的准确接收的接收机和用于将输入的直流电压稳定到接收机所需要的稳定的电压源的电源管理器，所述光电池的一端接地，另一端通过能够将光电池所产生的不断变化的直流电压分为交流电压和恒定的直流电压输出的LC无源电路分别连接所述的接收机和电源管理器，其中，输出的交流电压连接所述的接收机，输出的恒定的直流电压连接电源管理器。

所述的LC无源电路包括有用于隔离直流信号的第一电容和用于阻断第一电容两端的交流信号的电感，其中，所述第一电容和电感的一端连接所述光电池的电源输出端，所述第一电容的另一端连接所述的接收机，所述电感的另一端连接所述的电源管理器，所述电感在与所述电源管理器相连接的一端还通过第二电容接地。

所述的接收机包括有依次串联连接的：用于对输入的交流电压信号进行放大的跨阻抗放大器、用于滤除掉信号噪声的低通滤波器、用于进行模数转换的模数转换电路和用于完成解调、解码、控制和存储的基带电路。

本发明的一种无源可见光通信接收机，通过光电池来接收可见光信号，不仅实现了信号的有效接收，而且可以提供光接收机工作的电源电压，当可见光信号发射时光接收机开始工作，形成了无源的可见光通信接收机。与现有的可见光通信接收机相比，无源可见光通信接收机成本较低，具备更好的便携性和更长的使用寿命。可用于无源光标签、可见光定位的锚点。

附图说明

图1是本发明的整体构成框图；

图2是本发明中接收机的电路构成框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种无源可见光通信接收机做出详细说明。

本发明的一种无源可见光通信接收机，通过光电池提供了接收机工作需要的能量，直流电压信号经过电源管理模块后为接收机部分提供稳定的电源电压。本发明的一种无源可见光通信接收机相比于有源可见光通信接收机，它在满足可见光通信接收机的基本性能指标的同时，可以降低成本，提高便携性以及延长其使用寿命。

如图1所示，本发明的一种无源可见光通信接收机，包括有用于提供电源的光电池E、用于实现通信信号的准确接收的接收机J和用于将输入的直流电压稳定到接收机所需要的稳定的电压源的电源管理器G，所述光电池E的一端接地，另一端通过能够将光电池E所产生的不断变化的直流电压分为交流电压和恒定的直流电压输出的LC无源电路分别连接所述的接收机J和电源管理器G，其中，输出的交流电压连接所述的接收机J，输出的恒定的直流电压连接电源管理器G。

本发明中，采用光电池代替普通光电二极管作为可见光的探测器，当LED可见光信号照射后，光电池会产生不断变化的直流电压，可以看做是一个恒定的直流电压与一个交流电压的叠加，而这部分恒定的直流电压经过电路处理就可以提供接收机需要的电源电压，得到一种无源的可见光通信接收机。作为优选实例，本发明中的光电池采用外置的太阳能电池，太阳能电池可以有效地吸收可见光，并将光信号转换为电信号，产生变化的直流电压，通过无源LC电路分离出直流电信号和交流电信号，分别供给电源管理器和接收机，实现接收光信号的功能。太阳能电池可由单晶硅、多晶硅、砷化镓等材料制作而成，综合考虑整体结构的体积、成本，以及转换光能的效率，太阳能电池在满足为接收机稳定供电的前提下，可以折衷选取满足需求的太阳能电池，例如：10mm×10mm×2mm的砷化镓太阳能电池，30mm×30mm×5mm的单晶硅太阳能电池等。

在本发明中，接收机J的作用是将收到的交流电信号进行放大、滤波、解调、解码等操作，实现信息接收的功能。电源管理器G的作用是将收到的直流电信号稳定成稳定的电压源，为接收机模块提供电源电压。

所述的LC无源电路分为两个支路，一条支路由电容构成，它可以隔离直流信号，将交流信号取出送到接收机模块；另一条支路由LC形成低通滤波器，电容两端电压为直流电压，而频率较大的交流信号由电感L阻断，对电容C两端电压几乎没有影响，最后将电容两端的电压输入到电源管理模块。具体电路构成如图1所示，包括有用于隔离直流信号的第一电容C1和用于阻断第一电容C1两端的交流信号的电感L1，其中，所述第一电容C1和电感L1的一端连接所述光电池E的电源输出端，所述第一电容C1的另一端连接所述的接收机J，所述电感L1的另一端连接所述的电源管理器D，所述电感L1在与所述电源管理器G相连接的一端还通过第二电容C2接地。

本发明依据光接收机需要的数据传输速率，选取合适的第一电容C1，使交流电压信号可以几乎无衰减的进入到接收机；电感L1与第二电容C2组成低通滤波器，其作用在于取出直流电压信号供给电源管理器，电感L1可以选取较大值，在频率较高时具有很大的阻抗，阻断交流电信号加在第二电容C2两端，第二电容C2选取最大的贴片电容，一方面可以减弱交流信号的影响，另一方面可以储存大量的电荷，保证在可见光信号受到突然干扰而变化时仍可以提供较稳定的电压。

如图2所示，所述的接收机J包括有依次串联连接的：用于对输入的交流电压信号进行放大的跨阻抗放大器F、用于滤除掉信号噪声的低通滤波器L、用于进行模数转换的模数转换电路A/D和用于完成解调、解码、控制和存储的基带电路G。作用是将输入的交流信号进行放大后解调出对应的发射信号，实现通信信号的准确接收，实现时同样要注意电路低功耗的实现。

跨阻抗放大器将输入的交流电压信号放大，可采用采用型号为IVC102U或SA5211D的高输入阻抗的跨阻抗放大器，考虑到功耗和信号的精确，跨阻抗放大器采用低噪声低功耗的结构；放大后的信号经过低通滤波器滤除掉信号的噪声，避免信号的严重失真，考虑到频率响应的平滑度，这里可以采用巴特沃斯低通滤波器；得到的低噪声信号经过模数转换电路，模数转换电路应在满足要求的精度下，注重低功耗的实现；转换出来的数字信号交由信号解调电路实现信号的处理。基带电路完成解调、解码、控制、存储等功能，所述基带电路可以采用型号为B4420NSE7QQMD或AD6901XBCZ的芯片。

本发明的电源管理器G是由稳压器构成，可以采用型号为TPS5450DDAR或MIC5205-3.3BM5的低压差稳压器类电源管理电路，将输入电压处理后得到稳定的输出电压，供给接收机正常工作。其主要部分包括启动电路、电压带隙基准源、误差放大器等。

Claims (3)

1.一种无源可见光通信接收机，包括有用于提供电源的光电池(E)、用于实现通信信号的准确接收的接收机(J)和用于将输入的直流电压稳定到接收机所需要的稳定的电压源的电源管理器(G)，其特征在于，所述光电池(E)的一端接地，另一端通过能够将光电池(E)所产生的不断变化的直流电压分为交流电压和恒定的直流电压输出的LC无源电路分别连接所述的接收机(J)和电源管理器(G)，其中，输出的交流电压连接所述的接收机(J)，输出的恒定的直流电压连接电源管理器(G)。

2.根据权利要求1所述的一种无源可见光通信接收机，其特征在于，所述的LC无源电路包括有用于隔离直流信号的第一电容(C1)和用于阻断第一电容(C1)两端的交流信号的电感(L1)，其中，所述第一电容(C1)和电感(L1)的一端连接所述光电池(E)的电源输出端，所述第一电容(C1)的另一端连接所述的接收机(J)，所述电感(L1)的另一端连接所述的电源管理器(D)，所述电感(L1)在与所述电源管理器(G)相连接的一端还通过第二电容(C2)接地。

3.根据权利要求1所述的一种无源可见光通信接收机，其特征在于，所述的接收机(J)包括有依次串联连接的：用于对输入的交流电压信号进行放大的跨阻抗放大器(F)、用于滤除掉信号噪声的低通滤波器(L)、用于进行模数转换的模数转换电路(A/D)和用于完成解调、解码、控制和存储的基带电路(G)。