CN108604928A - 编码光发射器、接收器、发射方法和接收方法 - Google Patents

Abstract

编码光发射和接收电路以及发射和接收方法使用信号来指示编码光传输窗口的开始和结束。在传输窗口期间数据被调制到电流波形上。在上述传输窗口期间的每个数据峰值超过传输窗口中的平均电流(其用作决策水平)，并且在上述传输窗口期间的每个谷值低于平均电流。以这种方式，可以生成编码光输出，其中总的决策电流显著变化，但是仍然可以可靠地解码编码光信号。平均水平可以在接收器中被计算并且用于解调。

Description

编码光发射器、接收器、发射方法和接收方法

技术领域

本发明涉及编码光的使用，通过编码光，数据被调制到光输出上，以用于通过光到电的转换进行接收。

背景技术

固态照明、特别是LED照明的使用现在已经取代了传统的白炽灯，成为很多不同应用领域的标准。固态照明提供效率节省、色彩控制、以及改变处于高频的光输出以提供动态照明效果的能力。

以这种动态方式控制LED照明的能力也开辟了除了简单照明之外的其他应用。一种这样的新兴应用是所谓的编码光通信。原则上，这种技术利用LED输出来提供数据通信信道。LED光源易于控制，能够以纳秒定时接通和关断光输出。例如当以大约200Hz或更高的频率执行时，由人眼实现的视觉保持使得这些照明变化难以察觉。因此，通过提供一般的光输出水平，并且提供附加的高频(短持续时间)调制位以将数字信号传达给接收器从而实现数字通信，LED照明可以同时用于通信和照明。

例如，在位周期期间的光输出可以表示数字1，并且在位周期期间没有光输出可以表示数字0。以这种方式，LED光可以传输编码的数字信号。这样的数据传输有很多应用。可以进行密集的数据交换，并且这样的方法已经被称为“LiFi”。备选地，可以存在更适度的数据传送，例如用于传达感兴趣数据的分组、定位位置和其他有用信息。因此，编码光系统可以例如用于广播音乐、位置信息或其他位置特定信息。

光输出的闪烁以编码二进制信息是一种方法。在实践中，可以使用更复杂的方法。代替完全接通和关断LED光输出以用于信号传输，可以使用部分调制(即，向载波水平使用偏移而不是完全接通和关断光源)，使得光输出的波动较小。更具体地，在位周期期间的强光可以表示数字1，并且在位周期期间的弱光可以表示数字0。此外，为了确保编码数据不以取决于数据内容的方式改变平均光输出水平，可以使用曼彻斯特编码(或其他方法)。

图1示出了部分调制方案。它示出了LED电流对时间。可以假定LED光输出与LED电流成比例。

存在与低频或DC期望的光输出水平相对应的基本电流水平I_SET。这用作调制载波信号。在载波水平I_SET之上和之下的深度I_MOD的调制信号用于调制数据，其中周期为T。这给出了较低的谷电流水平I-和较高的峰电流水平I+，其中：

I-≤I_SET≤I+ 式1

一般的电流水平I_SET需要是稳定的，以确保接收器能够检测到流明变化并且正确地解释经编码的数字信号。对于双级LED照明驱动器，来自双级驱动器的电流输出将相对稳定，使得电流水平I_SET恒定或具有比编码光信号低得多的变化频率(例如，当进行调光变化时改变)。

然而，对于单级LED驱动器，由于AC市电正弦波纹波，存在大的100Hz(或对于60Hz市电而言120Hz)纹波电流。

图2a示出了双级电流波形，并且图2b示出了单级电流波形。纹波跟随经整流的正弦波。对于双级驱动器，用作决策电流的平均电流水平I_SET舒适地位于调制信号的峰与谷之间。然而，如图2b所示，对于单级驱动器，当纹波处于最低时，平均电流水平I_SET可能高于调制的正脉冲I+。因此，图2b示出了所使用的调制深度处于可以检测到的极限(或实际上刚好超过)。类似地，当纹波处于最高时，平均电流水平I_SET可能低于调制的负脉冲I-。这将在比图2b所示的调制深度稍微小的调制深度的情况下出现。US20130016965A1公开了使用平均电流作为决策阈值。

这意味着当应用所示出的调制深度时，不再可能对调制数据进行解码。特别地，最大负调制信号I-太接近最小正调制信号I+。它们之间也需要余量，使得可以在决策水平(I_SET)的每一侧提供防御(guard)带。

US20130016965A1还提出了使用前导码来指示突发传输，前导码的中间逻辑电平用作针对剩余传输的决策阈值。

发明内容

仍然存在的问题是，对于在其输出电流波形中包括显著纹波的LED驱动器，如果期望低的调制深度，则难以实现编码光系统。

本发明的实施例的基本思想是将纹波化电流的整个周期分成多个窗口，其中在每个窗口中，决策电流落在调制信号的峰与谷之间，并且进而决策电流可以针对不同的窗口而不同。发射器发射开始信号以指示窗口的开始并且发射结束信号(可能重复使用作为下一窗口的开始信号)以指示窗口的结束。接收器可以通过检测窗口的开始和结束来检测每个窗口，并且检测针对每个窗口来执行。

本发明由权利要求限定。

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种电子电路，用于将信息调制到用于驱动发光元件的电流波形上，上述电流波形在任何调制被施加之前随时间变化，该电路包括：

第一单元，用于向电流波形提供指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示上述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

调制器，用于通过顺序地向电流波形添加偏移以产生峰值和/或从电流波形中减去偏移以产生谷值来在传输窗口期间将数据调制到电流波形上，

其中上述调制器适于设置偏移，以使得在上述传输窗口期间的每个峰值超过传输窗口中的平均电流并且在上述传输窗口期间的每个谷值低于平均电流。

在该电路中，传输窗口被标识，对于该传输窗口，调制电流波形数据的峰和谷总是(分别)高于和低于窗口内的平均电流值。因此，该平均电流用作决策水平。决策电流可以是在传输窗口的整个时间内的平均电流，或者其可以是传输窗口的较小部分处的平均电流，或者其可以是瞬时电流水平。例如，其可以是第一电流信号的电流水平(其也可以被认为是传输窗口的开始处的平均电流)。

峰和谷可以例如在平均值之上和之下至少防护水平，使得基于被设置为决策电流水平的决策水平，每个峰总是可以被标识为逻辑高并且每个谷可以被标识为逻辑低。以这种方式，可以生成编码光输出，其中总电流显著变化，例如，与调制深度(即，偏移大小)一样多或更多。通过选择用于传输数据的顺序时间段，可以容忍这些总的电流变化，因为决策水平在电流波形的变化周期内是灵活的，并且可以基于每个窗口的开始处或贯穿每个窗口的平均接收信号而在接收器中被适配。以这种方式，可以使用更低成本的驱动器架构。在电流波形的每个变化周期期间(在调制之前)可能仅存在一个窗口，在这种情况下，接收器处仅需要一个决策水平(阈值)，例如用于整个传输时间的总的平均电流值。备选地，在电流波形的变化周期内(在调制之前)可以存在多个传输窗口，使得传输时间可以最大化。第一电流信号和第二电流信号可以是相同类型的信号，例如指示一个窗口的结束和下一窗口的开始。

第一电流信号和第二电流信号可以包括具有与调制频率不同的频率的信号、或者具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲。

不同频率或不同单脉冲持续时间的使用使得数据传输窗口的开始和结束能够被用信号通知给接收器设备，接收器设备将最终解码编码光信号。不同的频率或脉冲持续时间在数据传送期间可以保持，例如使得第一电流信号是从第一频率到第二频率的变化，并且第二电流信号是从第二频率到第一频率的变化。可以使用任何合适的信号变化，其可以被解码以便标识期间发生数据传输的时间段。

第一电流信号可以例如进一步适于指示前一窗口的结束，并且第二电流信号可以进一步适于指示下一窗口的开始。因此，可以存在时间上顺序布置的窗口，并且减少了每个窗口的开始和结束的信令开销。

该电路优选地包括用于确定要在传输窗口期间被调制到电流波形上的信息的位数的处理器。

以这种方式，数据调制电路调制可以适配到传输窗口的时间中的数据量，从而可以智能地确定每个传输窗口的长度。

处理器可以通过各种方式确定要在特定窗口期间传输的位数。

在第一种方法中，处理器适于根据电流波形的每个周期中的预先存储的窗口位置来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。在第一种方法中，在电流波形的变化周期内存在预设窗口位置。这是一种静态方法。在该方法中，可以在产品测试期间基于标准输入市电来计算预先存储的窗口位置。例如，每个市电周期中的窗口长度可以被存储为诸如相位0-π/4、π/4-3π/4、3π/4-π的部分，或者备选地被存储为0V至Vm*0.707、Vm*0.707至Vm*0.707、以及Vm*0.707至0的电压范围，其中Vm是正弦市电电压的峰值幅度。预先存储数据的成本相当低，因此这种方法的总成本很低。

在第二种方法中，处理器适于根据电流波形每位(per bit)的变化率和偏移的大小(即，调制深度)来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。在第二种方法中，监测电流波形变化的动态方式，并且通过考虑到调制深度(偏移)，可以确定传输窗口的长度。

在第三种方法中，处理器适于根据电流波形在上述窗口内的任何特定时刻处的实时检测值和平均电流来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。在该第三种方法中，在电流波形与平均电流之间进行持续比较。该方法可以通过检测平均电流已经落在该窗口中的调制的峰/谷范围之外来确定平均电流何时停止有效作为决策阈值。然后可以停止当前窗口并且启动新窗口。更具体地，处理器可以适于：如果电流波形在特定时刻的实时检测值加上或减去偏移已经达到决策电流，则确定传输窗口的结束。如上文所讨论的，该决策电流可以是上述窗口中的长期平均电流或者仅是窗口的开始处的瞬时电流值。

例如，这意味着当决策电流被具有负偏移的调制超过，或者决策电流大于具有正偏移的调制时，传输窗口需要结束，因为使用决策电流作为阈值水平不再合适。

该电路可以包括用于与发光元件串联连接的调制电阻器、以及与调制电阻器并联的短路开关，短路开关用于选择性地短路调制电阻器从而调制电流波形。

这提供了一种用于基于由照明驱动器驱动的输出负载的调制来提供编码光输出的简单方式。

本发明还提供一种用于发出利用数据调制的光的照明单元，其包括：

包括一个或多个LED的发光元件；以及

如上文所限定的电路，用于基于编码光输入信号将数据调制到LED驱动电流上，从而提供编码光输出。

该照明单元并入如上文所限定的调制电路。

本发明还提供一种LED驱动器，其包括：

单级LED驱动器架构；以及

如上文所限定的电路，用于将数据调制到LED驱动电流上，从而提供编码光输出。

在这个示例中，调制电路被集成到低成本的单级LED驱动器中。

本发明还提供一种照明系统，其包括：

包括一个或多个LED的发光元件；

单级LED驱动器；以及

如上文所限定的电路，用于将数据调制到LED驱动电流上从而提供编码光输出。

在该照明系统中，电路可以是驱动器的一部分、或者是照明元件的一部分、或者是单独的元件。

根据本发明另一方面的示例提供了一种用于接收被调制到编码光信号上的数据的电子电路，其包括：

光接收元件，用于将光输入转换成具有随时间变化的波形的电流信号；

检测电路，用于检测指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示上述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

解调器，用于检测在传输窗口期间被调制到电流波形上的数据，上述解调器适于：

检测电流波形的瞬时值；

计算电流波形在传输窗口中的平均值；以及

如果瞬时值大于平均值，则确定峰值，并且如果瞬时值小于平均值，则确定谷值，

根据所确定的峰值和谷值来确定数据。

该方面提供了一种解调电路，该解调电路用于解调通过上文所限定的调制电路而作为编码光信号被传输的数据。它检测传输窗口何时开始和结束，并且解调传输窗口期间的数据。它可以基于在传输窗口中(例如在传输窗口的开始处)检测到的决策电流来确定决策水平，或者决策电流可以基于平均值，例如在整个传输窗口上。

第一电流信号和第二电流信号可以包括具有与调制频率不同的频率的信号、或者具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲。

根据本发明另一方面的示例提供了一种将信息调制到用于驱动发光元件的电流波形上的方法，上述电流波形在任何调制被施加之前随时间变化，该方法包括：

向电流波形提供指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示上述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

通过顺序地向电流波形添加偏移以产生峰值或从电流波形中减去偏移以产生谷值，来在传输窗口期间将数据调制到电流波形上，

其中上述调制步骤包括：设置偏移，以使得在上述传输窗口期间的每个峰值超过传输窗口中的平均电流并且在上述传输窗口期间的每个谷值低于平均电流。

该方法可以包括：通过提供与调制频率不同的频率或者通过提供具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲来生成第一电流信号和第二电流信号。

调制数据可以通过选择性地短路与发光元件串联的调制电阻器从而调制电流波形来执行。

该方法还可以包括确定要在传输窗口期间被调制到电流波形上的信息的位数。在第一种方法中，可以根据电流波形的每个周期中的预先存储的窗口位置来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。在第二种方法中，可以根据电流波形每位的变化率和偏移的大小来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。在第三种方法中，可以根据电流波形在特定时刻的实时检测值和决策电流来确定位数并且进而确定传输窗口的长度，决策电流可以是从上述传输窗口的开始到上述特定时刻的平均电流。

根据本发明另一方面的示例提供了一种用于接收被调制到编码光信号上的数据的方法，其包括：

将光输入转换成具有随时间变化的波形的电流信号；

检测指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示上述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

检测在传输窗口期间被调制到电流波形上的数据，其包括：

检测电流波形的瞬时值；

计算电流波形在传输窗口中的平均值；以及

如果瞬时值大于平均值，则确定峰值，并且如果瞬时值小于平均值，则确定谷值，

根据所确定的峰值和谷值来确定数据。

该方面提供了一种接收和解码由调制电路和方法提供的调制数据的方法。决策电流可以由接收器从第一电流信号来确定，使得它可以基于瞬时值或传输窗口的仅一部分的平均值，诸如窗口的开始处的平均电流，或者它可以是当传输窗口以实时动态方式随时间推移时由接收器从全传输窗口而确定的。

检测第一电流信号和第二电流信号可以包括检测具有与调制频率不同的频率的信号，或者检测具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲。

参考下文中描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得以阐明。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了部分调制方案；

图2a示出了双级电流波形，并且图2b示出了单级电流波形；

图3示出了源同步信号传输原理；

图4示出了源同步信号传输系统；

图5示出了跨串联串中的每个LED的正向电流(y轴)和电压(x轴)之间的关系；

图6示出了同步信号、第一同步周期和用于数据传送的第二周期；以及

图7示出了解调电路。

具体实施方式

本发明提供了使用信号来指示编码光传输窗口的开始和结束的编码光发射和接收电路以及发射和接收方法。在传输窗口期间将数据调制到电流波形上。在上述传输窗口期间的每个数据峰值超过传输窗口中的决策电流(其用作决策水平)，并且在上述传输窗口期间的每个谷值低于决策电流。以这种方式，可以生成编码光输出，其中总的决策电流显著变化，但是仍然可以可靠地解码编码光信号。决策水平可以在接收器中进行适配。

本发明通过在通信之前使用传输开始指示符信号来提供接收器与信号发射器的同步。以这种方式，可以使针对解调的决策水平随时间变化并且可以容忍纹波电流。编码光系统仍将起作用，即使对于整个时间周期上文式1不被满足，但是对于整个时间周期内的每个传输窗口是满足的。以这种方式，也可以使用低成本紧凑型单级LED驱动器。

图3示出了源同步信号传输原理。

瞬时平均电流被示出为曲线I_SET，并且它在上边界与下边界之间变化。

代替在接收器中设置固定的决策水平，例如基于电流I_SET在整个周期上的平均值，来限定决策电流I_SET的动态值。它在图3中被示出为I_SET.Syn。

该方法涉及设置传输时间窗口30。如下面将进一步解释的，传输窗口30的定时对于发射器和接收器两者均是已知的。特别地，第一电流信号指示传输窗口30的开始，并且第二电流信号指示传输窗口30的结束。

然后，以上文解释的方式，调制器通过顺序地向电流波形添加偏移以产生峰值和/或从电流波形中减去偏移以产生谷值来在传输窗口30期间将数据调制到电流波形上。

在传输窗口30期间的每个峰值超过传输窗口中的决策电流，并且在上述传输窗口期间的每个谷值低于决策电流，其中决策电流可以被选择为在传输窗口的开始处的平均电流或者贯穿整个传输窗口的平均电流、或者由编码光技术/协议期望的任何其他参考值。

以这种方式，可以可靠地使用决策电流来区分该窗口内的峰和谷。每个峰值优选地超过决策值防护水平，并且每个谷值低于决策值防护水平(其可以是相同的或不同的)。这确保了使用决策水平的可靠决策。

通过限定比总的电流波形周期短的时间窗口，可以使用更小的调制深度，从而给出了光输出的较小变化。这有助于减少可见闪烁。

在图3的示例中，决策电流值I_SET.Syn是窗口30的开始处的平均值，即在窗口30内出现的第一谷值与第一峰值之间的平均。因此，决策不是在窗口的持续时间之上的平均值，而是可以被认为是窗口的开始处的瞬时值(或瞬时平均)。下面讨论备选方法。

窗口30在决策水平I_SET.Syn可能变得不可靠之前结束。如图3所示，在窗口30之后的下一谷值太接近(小于防护带)I_SET.Syn值而不能用作用于检测谷值的决策水平。

驱动器知道纹波或噪声水平，因此它可以计算传输窗口30的合适持续时间，并且因此也可以计算要在每个传输窗口30中传输的位数(以已知的比特率)。将在下面阐明用于决定窗口长度的详细解决方案。

对于整个电流波形的每个周期，可以只有一个窗口30。这意味着仅需要一个决策水平。然而，这意味着在没有使用数据传输时浪费了时间。因此，可以在每个周期中应用多个传输窗口(100Hz或120Hz)。以这种方式，在纹波电流倾向的单级LED驱动器中，大数据量的编码光通信是可行的。

图4示出了源同步信号传输系统。

LED 40(其在实践中包括一串或多串LED)与开关电路42串联，以用于实现对通过LED的电流的调制。LED由单级驱动器44驱动，单级驱动器44被示出为隔离的反激式转换器。开关电路42调制峰电流以指示数字1值并且调制谷电流以指示数字0值。

开关元件42包括与电阻器48并联的晶体管46。施加到晶体管46的栅极信号包括两部分：同步信号50和调制信号52。这些部分由驱动器施加到栅极，驱动器包括用于确定要在每个传输窗口期间提供的位数的处理器54。在一个示例中，同步信号50包括持续时间与在其他时间施加的脉冲不同的脉冲，并且同步信号50应当具有比调制信号/数据低得多的频率。这些可以用作用于指示传输窗口的开始和/或结束的开始和/或结束信号。如果窗口是时间顺序的而没有时间间隙，则单个信号可以用作针对一个窗口的结束指示符以及针对下一窗口的开始指示符。备选地，可以存在单独的开始和结束信号。

开关46的控制确定电阻器48是与LED串联还是被短路。以这种方式，负载被改变并且通过LED的电流由此被改变以产生不同的输出流明。例如，当开关46完全导通时，峰电流被提供给LED以发出峰流明输出，并且当开关46断开时，谷电流流过LED以发出谷流明输出。

调制电阻器48确定调制深度，并且所得到的输出流明取决于母线电压V_bus和LED的特性。

需要控制数据传输，使得仅在传输窗口期间调制数据。为此，确定要在每个传输窗口中传输的位数。

当发射器决定发射信号时，它发送用于指示发射窗口的开始的第一同步信号。如上文所提到的，这可以通过改变调制的电流输出频率或周期来实现，例如其中周期从第一值改变为第二值。

在接收侧，接收器对包含纹波电流成分的调制流明变化进行采样。通过测量相邻流明变化的定时，接收器可以容易地采样和检测任何特定脉冲的周期。然后将周期(或频率)变化用作通信启动指示符。因此，在任何通信开始之前，驱动器将同步信号发送给接收器，之后是内容位。

在一个示例中，在窗口的开始处的同步信号的平均电流(即，具有不同周期的信号的谷和峰的平均)用于限定决策电流值。备选地，贯穿窗口直到窗口的结束的平均电流可以被检测为决策电流值。

驱动器计算要在一个传输窗口中发送多少位。当在一个传输窗口中不能传输所有所要求的数据位时，驱动器可以为剩余的数据位启动后续的同步和传输窗口。

对于信号调制，应当计算I_SET、I_MOD和M_drel的值。上文定义了参数I_SET和I_MOD。值M_drel是相对调制深度，并且定义如下：

M_drel＝I_MOD/I_SET 式2

对于给定的LED照明模块，串联或并联的LED的数目是固定的，并且LED特性也是固定的。因此，可以计算I_MOD和M_drel值。I_MOD或M_drel的值对于确定在一个有效传输窗口中可以传输多少位是至关重要的。

图5示出了对于三个不同的LED配置而言跨串联串中的每个LED的LED正向电流(y轴)和正向电压(x轴)之间的关系。三个不同的曲线指示三种不同的LED(例如，白色、红色和蓝色)。不同类型的LED具有不同的V-I关系，其因此呈现对驱动器的不同的负载阻抗。因此，纹波电流也取决于LED类型。

如中间的曲线所示，可以限定最佳拟合线，其针对特定LED类型模拟电压随电流的变化。这意味着，当电阻器48被接入和接出电路时可以确定跨串的电压变化(电压变化是电阻器两端的电压降)，并且然后可以使用最佳拟合线确定通过每个LED的电流变化，其然后限定了新的操作点。

对于图4的电路并且基于图5所示的关系，最佳拟合线可以通过下式来定义：

在式3中，I是流过LED串的电流，V_bus是母线电压，其具有纹波并且将导致单级驱动器中的LED电流纹波。m是串联连接的LED的数目，V₀是针对每个LED的电压拟合点，k是电压对电流的变化率，并且R_m是调制电阻。

从式3，可以获取以下关系：

I_SET＝(V_bus-mV₀)*(2mk+R_m)/{mk*(mk+R_m)} 式4

T_MOD＝(V_bus-mV₀)*R_m/{2*mk*(mk+R_m)} 式5

M_drel＝I_MOD/I_SET＝R_m/(2mk+R_m) 式6

R_m的值将确定调制深度并且从而确定I_MOD。在给定的单级LED驱动器中，纹波电流或电流变化的幅度是固定的。结果，I_MOD的值确定在一个传输窗口中可以传输多少位。

对于特定的单级LED驱动器，驱动器已知从时间t_i到t_i+1的电流纹波变化，其可以被称为ΔI_{ripple[ti，ti+1]}＝I_SET.t+1-I_SET.ti。

I_SET.t表示在不同时间的I_SET值。

然后，可以在每个窗口中传输的理论位数可以被定义为：

N＝INT(I_MOD/ΔI_ripple) 式7

INT是取整操作。

ΔI_ripple是每个调制周期内的电流变化，并且I_MOD是调制深度。较大的I_MOD意味着大的调制深度，大的调制深度使得更多的位能够被传输但是会使闪烁恶化。还可以考虑I_MOD的变化以及在市电周期中的值ΔI_ripple的时间依赖性。

上面的示例基于同步信号的使用，通过该同步信号输出周期被改变。图6示出了具有周期T1的同步信号60，其后是在具有周期T2的窗口内进行的数据传输。这可以由主控制单元中的定时器来实现。定时器可以默认被设置为T2，并且在检测到同步脉冲时变为T1。

调制以传统方式执行，其中对于“1”信号，载波电流I_SET变为I+；并且对于信号“0”，载波电流I_SET变为I-。注意，数字值1和0可以相反地编码：1和0的命名完全是任意的。

对于I+信号，调制器输出将是高电压以驱动开关46闭合，因此电阻器48被旁路，并且流过LED的电流将达到最大值。对于I-信号，调制器输出将具有低电压，因此开关46将断开，在这种情况下，电流将通过LED串和电阻器48。对于给定的母线电压V_bus，因为调制电阻器被添加到串联连接中，因此环路中的电流将减少到I-。

调制电阻器48(电阻R_m)用作调制深度控制器以控制I_MOD值并且进一步确定在一个传输窗口中的有效位的数目。

驱动器知道需要被传输的总位数、以及可以在每个传输窗口中传输多少位。

以上给出了如何基于不同持续时间的脉冲来用信号通知传输窗口的开始和结束的一个示例。信号可以是脉冲序列，例如具有与调制频率不同的频率。数据调制甚至可以全部以新频率进行，使得存在待机频率和调制频率，并且起始信号是从待机频率到调制频率的变化，并且结束信号是从调制频率到待机频率的变化。单个信号可以指示一个窗口的结束和下一窗口的开始。实际上，可以使用任何合适的信号变化，其可以被解码以便标识发生数据传输的时间段。

上文给出了如何设置要在接收器处被用作决策水平的平均电流水平的一个示例。

应当注意，接收器处的电流水平基于在发射器处的电到光转换之后的检测到的电流，电到光转换跟随有在接收器处的光到电转换。因此，发射器和接收器处的电流水平不同，但是它们彼此对应。这意味着，接收器处的较高电流导致发射器处的较高电流，反之亦然。

图7示出了用于接收调制到编码光信号上的数据的电子电路。诸如光电二极管的光接收元件70将光输入转换成波形随时间变化的电流信号。检测电路72检测指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示上述传输窗口的结束的第二电流信号。它还确定要用作用于解调数据的决策水平的决策电流。如上文所解释的，第一电流信号和第二电流信号的检测可以基于频率分析或脉冲持续时间测量。决策电流可以被确定为第一电流信号期间的平均检测信号，或者其可以基于在传输窗口的持续时间内接收的信号来确定。解调器74检测在传输窗口期间被调制到电流波形上的数据。这利用了决策电流。电流波形的瞬时值与传输窗口中的电流波形的决策值相比较。

还有其他方式来限定决策电流。例如，如果可以使用在整个窗口上(而不是开始处)的平均电流，则窗口可以更长。这可以通过接收器在窗口的结束处确定决策水平并且然后对接收到的数据进行后处理而是可能的。这引入了延迟，但是它可以是固定的，例如在纹波的一个周期处。

然后，发射器可以将决策水平确定为直到某个点为止传输窗口的平均电流水平，并且当基于该平均电流的检测停止落入所要求的防护带内时，窗口将结束。

在这种情况下，用作决策水平的平均电流变为从传输窗口的开始到特定时刻的平均电流。

在这种情况下，如果仅在窗口处于结束后才确定平均值(并且因此确定决策水平)，则可以使用后处理。

已经提供了如何基于电流波形随时间的波动以及用于产生谷和峰的已知调制深度的知识来计算要在传输窗口中传输的位数的一个示例。

在另一种方法中，位数以及进而传输窗口的长度可以基于在电流波形的每个周期中的预先存储的窗口位置。这些设置的窗口定位然后基于电流的已知的一般波动。这是一种用于设置传输窗口定时的静态方法。例如，给定标准市电输入，到LED的纹波电流在测试过程中被检测，并且通过以最大化总的数据吞吐量作为标准使窗口适配到纹波电流中来设计具有适当长度的相应窗口。

在又一种方法中，处理器适于根据特定时刻处的电流波形的实时检测值和决策电流来确定位数并且进而确定传输窗口的长度。如上所述，该决策电流可以被固定为窗口的开始处的平均电流，或者该决策电流本身可以随时间更新，基于直到特定时间点为止传输窗口内的平均值。以这种方式，窗口大小是动态确定的。当决策电流(无论是固定的还是跟踪在窗口期间的电流信号)要被对该窗口内具有负偏移的任何电流的调制超过(或在其防护带内)，或者决策电流大于在该窗口内具有正偏移的任何电流的调制(或在其防护带内)时，传输窗口需要结束，因为使用决策电流作为阈值不再适合于该窗口。

本发明可以用于要求可见光通信的其他固态照明应用的任何LED，或者用于诸如针对室内定位服务的编码光应用。它可以用于照明系统调试、以及其他位置和内容服务，诸如利用编码光接收器向移动设备推送广告以及内容。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种电子电路，用于将信息调制到用于驱动发光元件(40)的电流波形上，所述电流波形在任何调制被施加之前随时间变化，所述电路包括：

第一单元(50)，用于向所述电流波形提供指示传输窗口(30)的开始的第一电流信号和指示所述传输窗口(30)的结束的第二电流信号；以及

调制器(52)，用于通过顺序地向所述电流波形添加偏移以产生峰值(I+)和/或从所述电流波形中减去偏移以产生谷值(I+)，来在所述传输窗口期间将数据调制到所述电流波形上，

其中所述调制器(52)适于设置所述偏移，以使得在所述传输窗口期间的每个峰值超过所述传输窗口中的平均电流(I_SET)并且在所述传输窗口期间的每个谷值低于所述平均电流。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电流信号和所述第二电流信号包括具有与调制频率不同的频率的信号、或具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电流信号还适于指示前一窗口的结束，并且所述第二电流信号还适于指示下一窗口的开始。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的电路，还包括处理器(54)，所述处理器(54)用于确定要在所述传输窗口(30)期间被调制到所述电流波形上的信息的位数。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述处理器(54)适于：

根据所述电流波形的每个周期中的预先存储的窗口位置，来确定所述位数并且进而确定所述传输窗口的长度；或者

根据所述电流波形每位的变化率和所述偏移的大小，来确定所述位数并且进而确定所述传输窗口的长度；或者

根据所述电流波形在特定时刻的实时检测值和所述平均电流，来确定所述位数并且进而确定所述传输窗口的长度。

6.根据权利要求4所述的电路，其中所述处理器(54)适于：

如果在所述窗口内的任何特定时刻处所述电流波形的实时检测值加上或减去所述偏移已经达到所述平均电流，则确定所述传输窗口的结束。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的电路，包括用于与所述发光元件(40)串联连接的调制电阻器(48)、以及与所述调制电阻器并联的短路开关(46)，所述短路开关(46)用于选择性地短路所述调制电阻器从而调制所述电流波形。

8.一种照明单元，用于发出利用数据调制的光，所述照明单元包括：

发光元件(40)，包括一个或多个LED；以及

根据前述权利要求中的任一项所述的电路，用于基于编码光输入信号来将数据调制到LED驱动电流上，从而提供编码光输出。

9.一种LED驱动器，包括：

单级LED驱动器架构；以及

根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，用于将数据调制到LED驱动电流上，从而提供编码光输出。

10.一种照明系统，包括：

发光元件，包括一个或多个LED；

单级LED驱动器；以及

根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，用于将数据调制到LED驱动电流上，从而提供编码光输出。

11.一种电子电路，用于接收被调制到编码光信号上的数据，所述电子电路包括：

光接收元件(70)，用于将光输入转换成具有随时间变化的波形的电流信号；

检测电路(72)，用于检测指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示所述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

解调器(74)，用于检测在所述传输窗口期间被调制到所述电流波形上的数据，所述解调器(74)适于：

检测所述电流波形的瞬时值；

计算所述电流波形在所述传输窗口内的平均值；以及

如果所述瞬时值大于所述平均值，则确定峰值，并且如果所述瞬时值小于所述平均值，则确定谷值，

根据确定的所述峰值和所述谷值来确定所述数据。

12.根据权利要求11所述的电路，其中所述第一电流信号和所述第二电流信号包括具有与调制频率不同的频率的信号、或具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲。

13.一种将信息调制到用于驱动发光元件(40)的电流波形上的方法，所述电流波形在任何调制被施加之前随时间变化，所述方法包括：

向所述电流波形提供指示传输窗口(30)的开始的第一电流信号和指示所述传输窗口(30)的结束的第二电流信号；以及

通过顺序地向所述电流波形添加偏移以产生峰值或从所述电流波形中减去偏移以产生谷值，来在所述传输窗口(30)期间将数据调制到所述电流波形上，

其中所述调制的步骤包括设置所述偏移，以使得在所述传输窗口期间的每个峰值超过所述传输窗口中的平均电流(I_SET)并且在所述传输窗口期间的每个谷值低于所述平均电流。

14.根据权利要求13所述的方法，包括：通过提供与调制频率不同的频率或者通过提供具有与调制数据的脉冲持续时间不同的持续时间的脉冲，来生成所述第一电流信号和所述第二电流信号。

15.一种用于接收被调制到编码光信号上的数据的方法，包括：

将光输入转换成具有随时间变化的波形的电流信号；

检测指示传输窗口的开始的第一电流信号和指示所述传输窗口的结束的第二电流信号；以及

检测在所述传输窗口期间被调制到所述电流波形上的数据，包括：

检测所述电流波形的瞬时值；

计算所述电流波形在所述传输窗口中的平均值；以及

如果所述瞬时值大于所述平均值，则确定峰值，并且如果所述瞬时值小于所述平均值，则确定谷值，

根据确定的所述峰值和所述谷值来确定所述数据。