CN107135570B - 调制带宽可调的可见光通信led光源 - Google Patents

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Abstract

一种调制带宽可调的可见光通信LED光源，包括：一可见光通信用的LED器件、一隔直流电容和一可调电阻；其中隔直流电容与可调电阻串联，隔直流电容和可调电阻与LED器件并联，所述LED器件的正极和隔直流电容的一端为输入端，所述LED器件的负极和可调电阻的一端为输出端。本发明可以适应不同带宽、不同阻抗特性的LED器件，改善可见光通信光源在极端环境下的通信质量。

Description

调制带宽可调的可见光通信LED光源
技术领域
本发明属于可见光通信技术领域，具体涉及一种调制带宽可调的可见光通信LED光源。
背景技术
可见光通信具有传输速率高、无电磁辐射、能耗低、频谱丰富、保密性高等显著特点，已成为短距离自由空间通信的热点。可见光通信光源作为通信系统关键之一，其作用是将携带有特定信息的电信号转化成无电磁辐射污染的光信号。本发明所述的可见光通信LED光源采用基于GaN或GaAs材料的LED器件，而商用的GaN或GaAs基LED受器件本身RC时间和载流子寿命的影响，可用调制带宽非常低，一般不超过40MHZ。
为了提高可见光通信LED光源的调制带宽，已报道的一种方法是在信号源与LED之间增加预加重电路。该方法的实现过程是通信信号先经过高通型滤波器对频率较低的信号进行衰减，传输给放大器放大后，再通过Bias-T叠加到恒定驱动电流上传输给LED光源，最终转换为光信号。该预加重电路由无源滤波模块、放大器模块、Bias-T模块等多个模块级联，设计难度较大。同时，模块数量越多集成电路结构越复杂，对PCB电路板的层数和面积的要求也越高，由此制备成本也将显著提升。
另一种可替代方案是在LED器件的两端并联一个低通型滤波器，其原理是通过滤波器的低通特性使得频率较低的部分信号不全部经过LED器件，使得传输到LED器件的信号中，低频部分较高频部分要弱，即获得均衡的效果。该方法仅需要设计无源的低通型滤波电路，结构简单，制作成本低。但该方法需要将滤波电路的阻抗同LED器件的阻抗相匹配才能实现均衡，由于半导体材料、工艺条件、设计结构的区别，LED器件的带宽和阻抗特性相差甚多。因此，针对不同的LED器件，无源滤波电路每次都要重新设计才能使用。另外，LED器件本身的调制带宽和发光效率也非恒定，随着使用时间增加，使用环境恶化，LED器件的调制带宽与发光效率会逐渐衰减，该模块对LED器件的均衡作用也随之减弱。因此，在较长时间使用或极端环境使用的情景下，该方法的实用性并不理想。
带宽可调的可见光通信LED光源利用并联均衡的原理，在LED器件的两端并联由电容、电感和可调电阻元件构成的均衡电路。可调电阻元件的阻值变化时，电路的传输特性变化，LED器件均衡后的带宽随着改变。利用本发明，通过改变可调电阻元件的阻值，可以实现LED光源带宽可调的功能，其设计简单且制作成本低，有利于改善可见光通信光源在极端环境下使用的通信质量，满足照明、通信的光源需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种带宽可调的可见光通信LED光源，以适应不同带宽、不同阻抗特性的LED器件，改善可见光通信光源在极端环境下的通信质量。
为达到上述目的，本发明提供一种调制带宽可调的可见光通信LED光源，包括：
一可见光通信用的LED器件、一隔直流电容和一可调电阻；
其中隔直流电容与可调电阻串联，隔直流电容和可调电阻与LED器件并联，所述LED器件的正极和隔直流电容的一端为输入端，所述LED器件的负极和可调电阻的一端为输出端。
其中所述的LED器件为基于GaN或GaAs材料的发光二极管，其电学结构为正向p型-MQW-n型，其封装结构是倒装结构、正装结构或垂直结构。
其中所述的隔直流电容的容值高于10pF，作用是阻挡驱动LED器件的恒定电流通过，避免并联电路产生直流损耗。
其中所述的可调电阻元件为贴片型或直插型的电位器，通过改变LED器件并联电路的阻抗大小可以不同程度减弱输入信号中的低频部分，实现均衡带宽可调。
本发明设计结构简单且制作成本低；可适应不同波长以及产商的LED器件；可有效的调控LED器件调制带宽，且不会对原有的LED发光性能带来影响；有利于改善可见光通信光源在极端环境下的通信质量。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明做进一步详细说明。其中：
图1是本发明带宽可调的可见光通信LED光源的电路原理示意图；
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种调制带宽可调的可见光通信LED光源，包括：
一个可见光通信用的LED器件1，为基于GaN或GaAs材料的发光二极管，其电学结构为正向p型-MQW-n型，其封装结构是倒装结构、正装结构或垂直结构。
一个隔直流电容2，其容值高于10pF，作用是阻挡驱动LED器件1的恒定电流通过，避免并联电路产生直流损耗。
一个可调电阻3，为贴片型或直插型的电位器，其作用是改变LED器件1的传输特性，实现均衡带宽可调。
其中隔直流电容2与可调电阻3串联，隔直流电容2和可调电阻3与LED器件1并联，所述LED器件1的正极和隔直流电容2的一端为输入端，所述LED器件1的负极和可调电阻3的一端为输出端。
在图1中，隔直流电容2和可调电阻3串联之后与LED器件1并联。由于可见光通信LED光源受本身电容特性的影响，其阻抗并非恒定，而是随着传输信号的频率升高而逐渐降低。调整可调电阻3的阻值使其接近LED器件1在频率f0时的阻抗，当通信信号的频率f＜f0时，由于可调电阻3同LED器件1阻抗相近，部分信号将会通过并联支路传输到地；而当频率f＞f0时，由于LED器件1的阻抗随频率增加而降低，可调电阻3的阻抗会渐渐高于LED器件1，因此，频率f＞f0的信号将更多的传输给LED器件1。至此，该并联支路将能起到通低频阻高频的效果，实现对通信信号的均衡，提高LED器件1的调制带宽。改变可调电阻3的阻抗值，可以使其同LED器件1在任意频率f0时的阻抗相等，因此对通信信号的均衡深度可通过可调电阻3控制，进而实现LED器件1的调制带宽可调。
值得说明的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种调制带宽可调的可见光通信LED光源，包括：
一可见光通信用的LED器件、一隔直流电容和一可调电阻；
其中隔直流电容与可调电阻串联，隔直流电容和可调电阻与LED器件并联，所述LED器件的正极和隔直流电容的一端为输入端，所述LED器件的负极和可调电阻的一端为输出端；
所述并联电阻阻抗由可调电阻实现可调，通过改变并联电阻阻抗提高LED器件调制带宽以及实现调制带宽可变。
2.根据权利要求1所述的调制带宽可调的可见光通信LED光源，其中所述的LED器件为基于GaN或GaAs材料的发光二极管，其电学结构为正向p型-MQW-n型，其封装结构是倒装结构、正装结构或垂直结构。
3.根据权利要求1所述的调制带宽可调的可见光通信LED光源，其中所述的隔直流电容的容值高于10pF，作用是阳挡驱动LED器件的恒定电流通过，避免并联电路产生直流损耗。
4.根据权利要求1所述的调制带宽可调的可见光通信LED光源，其中所述的可调电阻元件为贴片型或直插型的电位器，作用是调节并联电阻的阻抗，以不同程度减弱输入信号中的低频部分。
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