CN109756269B - 一种可见光通信接收电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可见光通信接收电路,包括:光电二极管、第一级跨阻放大电路、第二级放大电路、钳位电路、第三级放大电路、比较电路、参考电平电路。本发明提供一种可见光通信接收电路增加了钳位电路,将时变直流偏置的交流信号中的低电平或高电平,钳位到固定值,从而提高了在时变背景光场景下可见光通信接收器的适应性;通过增加比较电路,将峰值动态变化的交流信号转换成低电平为0V、高电平为3.3V的TTL信号,提高了可见光通信接收器的动态范围,从而提高了可见光通信接收器在移动情况下通信的可靠性,且规避了自动增益控制电路、限幅放大电路等复杂电路,降低了可见光通信接收器的实现成本。

Description

一种可见光通信接收电路
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及一种可见光通信接收电路。
背景技术
可见光通信技术(Visible Light Communication,简称:VLC)是指利用可见光波段的光作为信息载体,无需光纤等有线信道的传输介质,在空气中直接传输光信号的无线通信方式。
目前,可见光通信具体是在房间内布局可调制白光LED,其具有照明和信息发送双重功能,将信息调制在肉眼看不到且高速明暗闪烁的灯光里,接收端通过某种传感器(光电探测器、图像传感器等)接收信息,然后采用强度调制/直接探测(IM/DD)的方式接收调制。可见光通信相比其它室内无线通信方式,具有大容量、免频谱申请、抗电磁干扰、安全性高、低成本、绿色环保等优势,其应用前景广阔。
可见光通信接收电路是VLC的重要组成部分,其承担着检测、恢复、处理信号的作用。如今常用的接收电路是采用光电转换电路、前置放大电路及主放大电路来实现的,然而,这些常用的接收电路存在一些不足之处,例如:若主放大电路不包含自动增益控制,则接收电路的动态范围差,无法实现可见光通信接收器移动情况下的通信,且无法适应存在时变背景光的场景;若主放大电路包含自动增益控制,则接收电路实现成本高,且无法适应存在时变背景光的场景。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种可见光通信接收电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明实施例提供了一种可见光通信接收电路,包括:光电二极管、第一级跨阻放大电路、第二级放大电路、钳位电路、第三级放大电路、比较电路、参考电平电路;其中,
所述光电二极管用于将可见光信号转换为电流信号;
所述第一级跨阻放大电路用于将所述电流信号放大为第一电压信号;
所述第二级放大电路用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号;
所述钳位电路用于将所述第二电压信号钳位到钳位电压信号;
所述第三级放大电路用于将所述钳位电压信号放大为第三电压信号;
所述比较电路用于将所述第三电压信号转换为TTL信号。
在本发明的一个实施例中,所述第一级跨阻放大电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和控制芯片U1;其中,
所述光电二极管的正极、所述电阻R1的一端、所述电容C1一端、所述控制芯片U1的引脚2连接;
所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端连接;
所述电阻R2的另一端接地;
所述电阻R3的另一端、所述电容C1的另一端、所述控制芯片U1的引脚6连接;
所述控制芯片U1的引脚3接地,引脚4连接-5V电压源,引脚7连接5V电压源,引脚8接地。
在本发明的一个实施例中,所述第二级放大电路包括:电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和控制芯片U2;其中,
所述电阻R4的一端连接所述控制芯片U1的引脚6;
所述电阻R4的另一端、所述控制芯片U2的引脚2、所述滑动变阻器R6的一端连接;
所述控制芯片U2的引脚3通过所述电阻R5接地;
所述控制芯片U2的引脚4连接-5V电压源,引脚8连接5V电压源;
所述控制芯片U2的引脚1、所述滑动变阻器R6的另一端、所述滑动变阻器R6的选择端连接。
在本发明的一个实施例中,所述钳位电路包括:电阻R7、电容C2和钳位二极管D2;其中,
所述电容C2的一端、所述控制芯片U2的输出端1连接;
所述电容C2的另一端、所述电阻R7的一端、所述钳位二极管D2的负极连接;
所述电阻R7的另一端、所述钳位二极管D2的正极接地。
在本发明的一个实施例中,所述第三级放大电路包括:电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和控制芯片U3;其中,
所述控制芯片U3的引脚5通过所述电阻R8连接所述钳位二极管D2的负极;
所述电阻R11、所述电阻R10串联后,连接在所述控制芯片U3的引脚7与引脚6之间;
所述控制芯片U3的引脚6通过所述电阻R9接地。
在本发明的一个实施例中,所述比较电路包括:电位器R12、电阻R13、电容C3、控制芯片U4;其中,
所述电阻R11与所述电阻R10连接的节点处连接所述控制芯片U4的引脚3;
所述电位器R12的一端连接5V电压源;
所述电位器R12的另一端连接-5V电压源;
所述电位器R12的选择端、所述控制芯片U4的引脚2连接;
所述控制芯片U4的引脚4接地;
所述控制芯片U4的引脚8连接3.3V电压源;
所述电阻R13连接在所述控制芯片U4的引脚8和引脚1之间;
所述电容C3连接在所述控制芯片U4的引脚4和引脚1之间;
所述控制芯片U4的引脚1输出所述TTL信号。
在本发明的一个实施例中,所述控制芯片U1为放大器芯片,型号为AD825。
在本发明的一个实施例中,所述控制芯片U2为放大器芯片,型号为LF353D。
在本发明的一个实施例中,所述钳位二极管D2的型号为LL4148。
在本发明的一个实施例中,所述控制芯片U3为放大器芯片,型号为LF353D。
在本发明的一个实施例中,所述控制芯片U4为比较器芯片,型号为LM293D。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
(1)本发明提供一种可见光通信接收电路增加了钳位电路,将时变直流偏置的交流信号中的低电平或高电平,钳位到固定值,从而提高了在时变背景光场景下可见光通信接收器的适应性;
(2)本发明提供一种可见光通信接收电路增加了比较电路,通过将峰值动态变化的交流信号转换成低电平为0V、高电平为3.3V的TTL信号,提高了可见光通信接收器的动态范围,从而提高了可见光通信接收器再移动情况下通信的可靠性,且规避了自动增益控制电路、限幅放大电路等复杂电路,降低了可见光通信接收器的实现成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种可见光通信接收电路的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1,图1为本发明提供的一种可见光通信接收电路的结构原理示意图。一种可见光通信接收电路,如图1所示,包括:光电二极管、第一级跨阻放大电路、第二级放大电路、钳位电路、第三级放大电路、比较电路、参考电平电路;其中,
所述光电二极管用于将可见光信号转换为电流信号;
所述第一级跨阻放大电路用于将所述电流信号放大为第一电压信号;
所述第二级放大电路用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号;
所述钳位电路用于将所述第二电压信号钳位到钳位电压信号;
所述第三级放大电路用于将所述钳位电压信号放大为第三电压信号;
所述比较电路用于将所述第三电压信号转换为TTL信号。
具体地,光电二极管D1的负极连接5V电压源,正极连接第一级跨阻放大电路,在5V电压源的作用下,当存在可见光信号时,接收可见光信号,并可见光信号转换成电流信号Isignal输出。
进一步地,所述第一级跨阻放大电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和控制芯片U1;其中,
所述光电二极管的正极、所述电阻R1的一端、所述电容C1一端、所述控制芯片U1的引脚2连接;
所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端连接;
所述电阻R2的另一端接地;
所述电阻R3的另一端、所述电容C1的另一端、所述控制芯片U1的引脚6连接;
所述控制芯片U1的引脚3接地,引脚4连接-5V电压源,引脚7连接5V电压源,引脚8接地。
优选的,所述控制芯片U1为放大器芯片,型号为AD825。
具体地,第一级跨阻放大电路将光电二极管输出的电流信号Isignal放大为第一电压信号Vsignal1并输出至第二级放大电路,第一电压信号Vsignal1的计算公式为:
Vsignal1=-(r1+r3+r1r3/r2)Isignal
其中,r1、r2、r3分别是电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值。
进一步地,所述第二级放大电路包括:电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和控制芯片U2;其中,
所述电阻R4的一端连接所述控制芯片U1的引脚6;
所述电阻R4的另一端、所述控制芯片U2的引脚2、所述滑动变阻器R6的一端连接;
所述控制芯片U2的引脚3通过所述电阻R5接地;
所述控制芯片U2的引脚4连接-5V电压源,引脚8连接5V电压源;
所述控制芯片U2的引脚1、所述滑动变阻器R6的另一端、所述滑动变阻器R6的选择端连接。
优选的,所述控制芯片U2为放大器芯片,型号为LF353D。
具体地,第一电压信号Vsignal1经过第二级放大电路的电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和控制芯片U2的A通道放大为第二电压信号并输出至钳位电路,第二电压信号为可调电压信号Vsignal2,计算公式为:
Vsignal2=-r6Vsignal1/r4
其中,r4、r6分别是电阻R4、电阻R6的阻值。
进一步地,所述钳位电路包括:电阻R7、电容C2和钳位二极管D2;其中,
所述电容C2的一端、所述控制芯片U2的输出端1连接;
所述电容C2的另一端、所述电阻R7的一端、所述钳位二极管D2的负极连接;
所述电阻R7的另一端、所述钳位二极管D2的正极接地。
优选的,所述钳位二极管D2的型号为LL4148。
具体地,可调电压信号Vsignal2经过钳位电路后,低电平被钳位到0V,并保持信号峰峰值不变,得到钳位电压信号Vsignal3并发送至第三级放大电路。
进一步地,所述第三级放大电路包括:电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和控制芯片U3;其中,
所述控制芯片U3的引脚5通过所述电阻R8连接所述钳位二极管D2的负极;
所述电阻R11、所述电阻R10串联后,连接在所述控制芯片U3的引脚7与引脚6之间;
所述控制芯片U3的引脚6通过所述电阻R9接地。
优选的,所述控制芯片U3为放大器芯片,型号为LF353D。
具体地,钳位电压信号Vsignal3经过第三级放大电路的电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和控制芯片U3的B通道后,得到第三电压信号Vsignal4,计算公式为:
Vsignal4=(1+r10/r9)Vsignal3
其中,r9、r10为电阻R9、电阻R10的阻值。
进一步地,所述比较电路包括:电位器R12、电阻R13、电容C3、控制芯片U4;其中,
所述电阻R11与所述电阻R10连接的节点处连接所述控制芯片U4的引脚3;
所述电位器R12的一端连接5V电压源;
所述电位器R12的另一端连接-5V电压源;
所述电位器R12的选择端、所述控制芯片U4的引脚2连接;
所述控制芯片U4的引脚4接地;
所述控制芯片U4的引脚8连接3.3V电压源;
所述电阻R13连接在所述控制芯片U4的引脚8和引脚1之间;
所述电容C3连接在所述控制芯片U4的引脚4和引脚1之间;
所述控制芯片U4的引脚1输出所述TTL信号。
优选的,所述控制芯片U4为比较器芯片,型号为LM293D。
具体地,比较电路在电位器R12提供的电压作用下,通过电阻R13、电容C3以及控制芯片U4的A通道后,将第三电压信号Vsignal4的低电平固定为0V、高电平固定为3.3V,得到输出的TTL信号Vsignal5
本实施例的第一级跨阻放大电路采用的是T型反馈网络,本申请并不限于此种实施方式,即在其他实施场景中,第一级跨阻放大电路可以采用其他类型的反馈网络,以实现从电流信号Isignal到第一电压信号Vsignal1的跨阻放大。
本实施例的第二级放大电路、第三级放大电路采用了同一个控制芯片的不同通道,但本申请并不限于此种实施方式,即在其他实施场景中,第二级放大电路、第三级放大电路可以分别采用不同的控制芯片实现电压放大。
本发明提供一种可见光通信接收电路增加了钳位电路,将时变直流偏置的交流信号中的低电平或高电平,钳位到固定值,从而提高了在时变背景光场景下可见光通信接收器的适应性;通过增加比较电路,将峰值动态变化的交流信号转换成低电平为0V、高电平为3.3V的TTL信号,提高了可见光通信接收器的动态范围,从而提高了可见光通信接收器在移动情况下通信的可靠性,且规避了自动增益控制电路、限幅放大电路等复杂电路,降低了可见光通信接收器的实现成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可见光通信接收电路,其特征在于,包括:光电二极管、第一级跨阻放大电路、第二级放大电路、钳位电路、第三级放大电路、比较电路;其中,
所述光电二极管用于将可见光信号转换为电流信号;
所述第一级跨阻放大电路用于将所述电流信号放大为第一电压信号;
所述第二级放大电路用于将所述第一电压信号放大为第二电压信号;
所述钳位电路用于将所述第二电压信号钳位到钳位电压信号,其中,
所述钳位电路包括:电阻R7、电容C2和钳位二极管D2;其中,
所述电容C2的一端、所述第二级放大电路连接;
所述电容C2的另一端、所述电阻R7的一端、所述钳位二极管D2的负极连接;
所述电阻R7的另一端、所述钳位二极管D2的正极接地;
所述第三级放大电路用于将所述钳位电压信号放大为第三电压信号;
所述比较电路用于将所述第三电压信号转换为TTL信号,其中,
所述比较电路包括:电位器R12、电阻R13、电容C3、控制芯片U4;其中,
所述第三级放大电路连接所述控制芯片U4的引脚3;
所述电位器R12的一端连接5V电压源;
所述电位器R12的另一端连接-5V电压源;
所述电位器R12的选择端、所述控制芯片U4的引脚2连接;
所述控制芯片U4的引脚4接地;
所述控制芯片U4的引脚8连接3.3V电压源;
所述电阻R13连接在所述控制芯片U4的引脚8和引脚1之间;
所述电容C3连接在所述控制芯片U4的引脚4和引脚1之间;
所述控制芯片U4的引脚1输出所述TTL信号。
2.根据权利要求1所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述第一级跨阻放大电路包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1和控制芯片U1;其中,
所述光电二极管的正极、所述电阻R1的一端、所述电容C1一端、所述控制芯片U1的引脚2连接;
所述电阻R1的另一端、所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端连接;
所述电阻R2的另一端接地;
所述电阻R3的另一端、所述电容C1的另一端、所述控制芯片U1的引脚6连接;
所述控制芯片U1的引脚3接地,引脚4连接-5V电压源,引脚7连接5V电压源,引脚8接地。
3.根据权利要求2所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述第二级放大电路包括:电阻R4、电阻R5、滑动变阻器R6和控制芯片U2;其中,
所述电阻R4的一端连接所述控制芯片U1的引脚6;
所述电阻R4的另一端、所述控制芯片U2的引脚2、所述滑动变阻器R6的一端连接;
所述控制芯片U2的引脚3通过所述电阻R5接地;
所述控制芯片U2的引脚4连接-5V电压源,引脚8连接5V电压源;
所述控制芯片U2的引脚1、所述滑动变阻器R6的另一端、所述滑动变阻器R6的选择端连接。
4.根据权利要求1所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述第三级放大电路包括:电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和控制芯片U3;其中,
所述控制芯片U3的引脚5通过所述电阻R8连接所述钳位二极管D2的负极;
所述电阻R11、所述电阻R10串联后,连接在所述控制芯片U3的引脚7与引脚6之间;
所述控制芯片U3的引脚6通过所述电阻R9接地。
5.根据权利要求2所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述控制芯片U1为放大器芯片,型号为AD825。
6.根据权利要求3所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述控制芯片U2为放大器芯片,型号为LF353D。
7.根据权利要求1所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述钳位二极管D2的型号为LL4148。
8.根据权利要求1所述的可见光通信接收电路,其特征在于,所述控制芯片U4为比较器芯片,型号为LM293D。
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