CN106850078A - 一种光信号接收电路和光信号接收设备 - Google Patents

一种光信号接收电路和光信号接收设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光信号接收电路和光信号接收设备。该光信号接收电路包括：至少一个光电接收模块、至少一个光电处理模块和一个比较模块；光电接收模块将接收的光信号转化为电流信号；光电处理模块处理电流信号输出为脉冲电压信号；比较模块获取各光电处理模块输出的脉冲电压信号与参考电压相比较，并将比较结果输出到微处理器。本发明通过将多路光电信号进行处理，输出单路脉冲信号到微处理器，在不用更换更多引脚的微处理器的情况下，实现了对多路光电信号的处理，降低了生产成本，具有极高的性价比，非常适合对信号要求极高并且对价格敏感的应用场合。

Description

一种光信号接收电路和光信号接收设备
技术领域
本发明涉及光电空间定位技术，尤其涉及一种光信号接收电路和光信号接收设备。
背景技术
现有的VR设备为了进行头部或者手部的定位，需要采用各种定位方法。通过光信号进行定位的方法，为了避免来自信号发射器的光信号被遮挡导致定位失败，通常在光信号接收装置上布置若干光信号接收单元，每个光信号接收单元均对应于一路光电处理电路，然后把所有的光电处理电路的电信号给微处理器处理。当光电池较多时，对应的光电处理电路也较多，每个光电处理电路都要占用微处理器的端口，若微处理器的端口不够，只能更换更多引脚的微处理器，或者在光电处理电路和微处理器中间加入FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，采用FPGA将接收的电信号处理之后输出给微处理器。
现有技术的缺陷在于增加了成本，使产品丧失价格优势。因此亟需一种能够低成本处理多路光电信号的解决方案。
发明内容
本发明提供一种光信号全向接收电路和光信号接收设备，能够在微处理器引脚较少的情况下，实现多路光信号的接收和处理，降低光信号接收设备的成本。
为达到以上目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供一种光信号接收电路，包括：至少一个光电接收模块、至少一个光电处理模块和一个比较模块；
所述光电接收模块，用于将接收的光信号转化为电流信号，并输出到所述光电处理模块；
所述光电处理模块，用于对所述电流信号进行处理并输出为脉冲电压信号；
所述比较模块的输入端与至少一个所述光电处理模块的输出端连接，输出端与微处理器连接，用于获取各光电处理模块输出的所述脉冲电压信号与参考电压相比较，并将比较结果输出到微处理器。
其中，所述比较模块包括比较器；
所述比较器的第一输入端与至少一个所述光电处理模块的输出端连接，第二输入端与参考电源连接，用于获取各光电处理模块输出的所述脉冲电压信号与所述参考电压相比较，并输出脉冲信号到微处理器。
进一步的，所述比较模块还包括：第一上拉电阻和第二上拉电阻；
所述比较器的第一输入端通过所述第一上拉电阻与电源连接；
所述比较器的输出端通过所述第二上拉电阻与电源连接。
进一步的，所述比较模块还包括：第一电阻和第二电阻；
所述比较器的第二输入端通过所述第一电阻与参考电源连接；
所述比较器的第二输入端通过第二电阻接地。
其中，所述光电处理模块包括：光电处理芯片；
所述光电处理芯片的输入端与所述光电接收模块连接，输出端与所述比较模块连接，用于将所述电信号转换成脉冲电压信号并输出。
进一步的，所述光电处理模块还包括：调节电容和调节电阻；
所述光电接收模块通过所述调节电容与所述光电处理芯片的输入端连接，所述光电处理芯片的偏置端通过所述调节电阻接地。
进一步的，所述光电处理模块还包括：去耦电路和滤波电路；
所述去耦电路与所述光电处理芯片的模拟电源端连接，由电容器和电阻组成；
所述滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，所述光电处理芯片的数字电源端通过所述滤波电容接地，所述滤波电阻设置在所述光电处理芯片内部，所述光电处理芯片的模拟电源端与数字电源端通过所述滤波电阻串联。
其中，所述光电处理芯片包括：互阻放大器，滤波器和包络检波器；
所述互阻放大器的输入端通过所述光电处理芯片的输入端与所述光电接收模块连接，用于将所述光电接收模块输出的电流信号转换为脉冲电压信号；
所述滤波器的输入端与所述互阻放大器的输出端连接，输出端与所述包络检波器的输入端连接，用于过滤所述脉冲电压信号中的噪声；
所述包络检波器的输出端通过所述光电处理芯片的输出端与所述比较器的第一输入端连接，用于对脉冲红外光源电压信号进行检波。
进一步的，所述光信号接收电路还包括：反向二极管；
所述反向二极管的负极与所述光电处理模块的输出端连接，正极与所述比较模块的输入端连接。
其中，所述光电接收模块为光电二极管或光电池。
另一方面，本发明提供一种光信号接收设备，包括上述的光信号全向接收电路。
其中，所述光信号接收设备包括：信号接收器和控制器；
所述光电接收模块位于所述信号接收器内，所述光电处理模块、所述比较模块和微处理器位于所述控制器内。
本发明通过比较模块将多路光电信号分别与参考信号进行比较，输出能够表示多路信号的单路脉冲信号到微处理器，在不用更换更多引脚的微处理器的情况下，实现了对多路光电信号的处理，降低了生产成本，具有极高的性价比，非常适合对信号要求极高并且对价格敏感的应用场合。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的光信号接收电路的示意图；
图2是本发明实施例一中比较模块的电路结构示意图；
图3是本发明实施例一中光电处理模块的电路结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的光信号接收设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本实施例提供一种光信号接收电路，适用于同时处理多路光电信号的场合。图1是本实施例提供的光信号接收电路的示意图。
如图1所示，光信号接收电路包括：至少一个光电接收模块11、至少一个光电处理模块12和一个比较模块13。
所述光电接收模块11，用于将接收的光信号转化为电流信号，并输出到所述光电处理模块12。
所述光电处理模块12，用于对所述电流信号进行处理并输出为脉冲电压信号，在实现光电信号转换的同时，滤除干扰信号，干扰信号包括干扰光源产生的信号和噪声信号等。
所述比较模块13的输入端与至少一个所述光电处理模块12的输出端连接，输出端与微处理器14连接，用于获取各光电处理模块12输出的所述脉冲电压信号,与参考电压相比较，并将比较结果输出到微处理器14。
根据实际需求配置光电接收模块11的数量，每个光电接收模块11对应连接一个光电处理模块12，比较模块13可以与两个或多个光电处理模块12连接，将多路光电信号融合为单路的脉冲信号，并输出到MUC进行下一步的处理。进一步的，所述光信号接收电路还包括：反向二极管15；
所述反向二极管15的负极与所述光电处理模块12的输出端连接，正极与所述比较模块13的输入端连接，用于当多个光电处理模块12同时输出脉冲电压信号到所述比较模块13时，防止电流反灌回所述光电处理模块12。
其中，所述光电接收模块11为光电二极管或光电池，转换的电流信号的电流大小与光信号的强弱成正比。
图2是本实施例中比较模块的电路结构示意图。
如图2所示，所述比较模块13包括比较器U1；所述比较器U1的第一输入端与至少一个所述光电处理模块12的输出端连接，第二输入端与参考电压连接，用于获取各光电处理模块12输出的所述脉冲电压信号，与所述参考电压相比较，并输出脉冲信号到微处理器14。
本实施例中，所述比较器U1的第一输入端为比较器U1的负脚，第二输入端为比较器U1的正脚。
各光电接收模块11在接收到光信号和未接收到光信号时产生的电流信号是不同的，相应的，各光电处理模块12将电流信号转换成的脉冲电压信号也是不同的，各光电处理模块输出的脉冲信号经过一个二极管和上拉电阻后变成单路的脉冲信号，然后经过比较器U1输出的比较结果为单路脉冲信号，微处理器14收到后，使用单路脉冲信号的数据进行位置解算。
作为一种优选的实施方式，所述比较模块13还包括：第一上拉电阻R0和第二上拉电阻R3。所述比较器U1的第一输入端通过所述第一上拉电阻R0与电源连接，用于将所述脉冲电压信号钳位在高电平并限制电流；所述比较器U1的输出端通过所述第二上拉电阻R3与电源连接，用于配合所述比较器U1输出高电平。
进一步的，所述比较模块13还包括：用于调节参考电压的第一电阻R1和第二电阻R2。所述比较器U1的第二输入端通过所述第一电阻R1与参考电源连接；所述比较器U1的第二输入端通过第二电阻R2接地。R1和R2可以使得比较器U1输出的脉冲信号的波形比较陡峭，容易被微处理器14识别。
此外，第一电阻R1与比较器U1连接的一端，和第二上拉电阻R3与比较器U1连接的一端之间，可选择性加入第三电阻R4，为R4选择适当的阻值可增加比较模块13的抗干扰性。
图3是本发明实施例一中光电处理模块的电路结构示意图。
如图3所示，所述光电处理模块12包括：光电处理芯片U2。所述光电处理芯片U2的输入端IIN与所述光电接收模块11连接，输出端OUT与所述比较模块13连接，用于将所述电流信号转换成脉冲电压信号并输出。
作为一种优选的实施方式，所述光电处理模块12还包括：调节电容128和调节电阻127；所述光电接收模块11通过所述调节电容128与所述光电处理芯片U2的输入端IIN连接，所述光电处理芯片U2的偏置端RBIAS通过所述调节电阻127接地，通过改变所述调节电容128和所述调节电阻127的大小，可调节所述光电处理芯片U2的放大倍数和功耗。
进一步的，所述光电处理模块12还包括：去耦电路125和滤波电路126。
所述去耦电路125与所述光电处理芯片U2的模拟电源端AVDD连接，由电容器和电阻组成，用于滤除电源噪声，消除自激使电路稳定工作。
所述滤波电路126包括光电处理芯片U2外接的滤波电容1261和光电处理芯片U2内部的滤波电阻1262，所述光电处理芯片U2的数字电源端DVDD通过所述滤波电容1261接地，所述光电处理芯片U2的模拟电源端AVDD与数字电源端DVDD通过所述滤波电阻1262串联，用于滤除数字电源端DVDD的噪声信号。
其中，所述光电处理芯片U2包括：互阻放大器121，滤波器122和包络检波器123。
所述互阻放大器121的输入端通过所述光电处理芯片U2的输入端IIN与所述光电接收模块11连接，用于将所述光电接收模块11输出的电流信号转换为脉冲电压信号。
所述滤波器122的输入端与所述互阻放大器121的输出端连接，输出端与所述包络检波器123的输入端连接，用于过滤所述脉冲电压信号中的噪声。
所述包络检波器123的输入端与所述滤波器122的输出端连接，输出端通过所述光电处理芯片U2的输出端OUT与所述比较器U1的第一输入端连接，用于对脉冲红外光源电压信号进行检波，从所述脉冲电压信号中滤除干扰光源产生的光电信号并输出。
接收光信号时，由于激光信号较弱，在灯光或自然光下很容易受干扰。为了抵抗灯光和强自然光的影响，必须对激光信号进行调制，通过所述光电处理芯片U2可以将光电接收模块11输出的经过调制后的微弱电流信号放大成脉冲电压信号，在检波时根据脉冲频率滤除其他干扰光源的信号。
所述光电处理芯片U2还包括偏置电路124，用于为光电处理芯片U2提供一个合适的静态工作点。
所述光信号全向接收电路中，还需要根据实际情况配置其他的电阻、电容器，起到滤波作用，用来减少噪声信号。
本实施例通过将多路光电信号分别与参考信号进行比较，输出能够表示多路信号的单路脉冲信号到微处理器，即将多路信号融合成单路信号，在不用更换更多引脚的微处理器的情况下，实现了对多路光电信号的处理，降低了产品的成本，具有极高的性价比，非常适合对信号要求极高并且对价格敏感的应用场合。
实施例二
本实施例提供一种光信号接收设备，适用于利用光电进行空间定位的场合，如VR设备、无人机等。该光信号接收设备包括上述实施例的光信号全向接收电路。
图4是本发明实施例二提供的光信号接收设备的结构示意图。如图4所示，所述光信号接收设备包括：信号接收器21和控制器22；所述光电接收模块11位于所述信号接收器21内，所述光电处理模块12、所述比较模块13和微处理器14位于所述控制器22内。所述控制器22例如可以是控制手柄。
本实施例的光信号接收设备能够接收来自多个角度的光信号，在产品设计和生产中，光信号全向接收电路配合引脚较少的微处理器使用，能够降低一部分硬件的成本，使产品更具备市场竞争力。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种光信号接收电路，其特征在于，包括：至少一个光电接收模块、至少一个光电处理模块和一个比较模块；
所述光电接收模块，用于将接收的光信号转化为电流信号，并输出到所述光电处理模块；
所述光电处理模块，用于对所述电流信号进行处理并输出为脉冲电压信号；
所述比较模块的输入端与至少一个所述光电处理模块的输出端连接，输出端与微处理器连接，用于获取各光电处理模块输出的所述脉冲电压信号，与参考电压相比较，并将比较结果输出到微处理器。
2.根据权利要求1所述的光信号接收电路，其特征在于，所述比较模块包括：比较器；
所述比较器的第一输入端与至少一个所述光电处理模块的输出端连接，第二输入端与参考电源连接，用于获取各光电处理模块输出的所述脉冲电压信号，与所述参考电压相比较，并输出脉冲信号到微处理器。
3.根据权利要求2所述的光信号接收电路，其特征在于，所述比较模块还包括：第一上拉电阻和第二上拉电阻；
所述比较器的第一输入端通过所述第一上拉电阻与电源连接；
所述比较器的输出端通过所述第二上拉电阻与电源连接。
4.根据权利要求2所述的光信号接收电路，其特征在于，所述比较模块还包括：第一电阻和第二电阻；
所述比较器的第二输入端通过所述第一电阻与参考电源连接；
所述比较器的第二输入端通过第二电阻接地。
5.根据权利要求1所述的光信号接收电路，其特征在于，所述光电处理模块包括：光电处理芯片；
所述光电处理芯片的输入端与所述光电接收模块连接，输出端与所述比较模块连接，用于将所述电流信号转换成脉冲电压信号并输出。
6.根据权利要求5所述的光信号接收电路，其特征在于：所述光电处理模块还包括：调节电容和调节电阻；
所述光电接收模块通过所述调节电容与所述光电处理芯片的输入端连接，所述光电处理芯片的偏置端通过所述调节电阻接地。
7.根据权利要求5所述的光信号接收电路，其特征在于，所述光电处理模块还包括：去耦电路和滤波电路；
所述去耦电路与所述光电处理芯片的模拟电源端连接，由电容器和电阻组成；
所述滤波电路包括滤波电容和滤波电阻，所述光电处理芯片的数字电源端通过所述滤波电容接地，所述光电处理芯片的模拟电源端与数字电源端通过所述滤波电阻串联。
8.根据权利要求5-7任一项所述的光信号接收电路，其特征在于，所述光电处理芯片包括：互阻放大器，滤波器和包络检波器；
所述互阻放大器的输入端通过所述光电处理芯片的输入端与所述光电接收模块连接，用于将所述光电接收模块输出的电流信号转换为脉冲电压信号；
所述滤波器的输入端与所述互阻放大器的输出端连接，输出端与所述包络检波器的输入端连接，用于过滤所述脉冲电压信号中的噪声；
所述包络检波器的输出端通过所述光电处理芯片的输出端与所述比较器的第一输入端连接，用于对脉冲红外光源电压信号进行检波。
9.根据权利要求1所述的光信号接收电路，其特征在于，所述光信号全向接收电路还包括：反向二极管；
所述反向二极管的负极与所述光电处理模块的输出端连接，正极与所述比较模块的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的光信号接收电路，其特征在于：
所述光电接收模块为光电二极管或光电池。
11.一种光信号接收设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的光信号接收电路。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述光信号接收设备包括：信号接收器和控制器；
所述光电接收模块位于所述信号接收器内，所述光电处理模块、所述比较模块和微处理器位于所述控制器内。
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