CN111082864A - 一种可见光通信系统发射模块的集成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可见光通信系统发射模块的集成电路，涉及技术领域。本发明中：调制电路将输入的通信信号进行预处理编码与调制后传输至驱动电路；驱动电路根据调制电路传输的信号驱动LED灯发光；LED灯的灯光由光电探测器接收后，光电探测器将信号传输至接收模块；接收模块将信号传输至解码模块；解码模块对信号进行信号处理以及解码后进行输出；驱动电路包括两级带有源级负反馈的共源级放大器、缓冲器和功率输出级。本发明通过调制电路将输入信号进行编码调制之后，并通过驱动电路根据调制后的信号加载到LED灯上进行发光，增强了抗干扰能力，实现了通过可见光进行通信。

Description

一种可见光通信系统发射模块的集成电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种可见光通信系统发射模块的集成电路。
背景技术
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。利用这种技术做成的系统能够覆盖室内灯光达到的范围，电脑不需要电线连接，因而具有广泛的开发前景。
与目前使用的无线局域网(无线LAN)相比，“可见光通信”系统可利用室内照明设备代替无线LAN局域网基站发射信号，其通信速度可达每秒数十兆至数百兆，未来传输速度还可能超过光纤通信。利用专用的、能够接发信号功能的电脑以及移动信息终端，只要在室内灯光照到的地方，就可以长时间下载和上传高清晰画像和动画等数据。该系统还具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院等部门可以自由使用该系统。
无需WiFi信号，点一盏LED灯就能上网。一种利用屋内可见光传输网络信号的国际前沿通讯技术在实验室成功实现。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的“灯光上网”。可见光通讯被称为Lifi。
无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5％。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。
可见光通讯安全又经济。科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够“一拖四”，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。
给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1,灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置传输信号。有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中“一扫而光”。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可见光通信系统发射模块的集成电路，通过调制电路将输入信号进行编码调制之后，通过驱动电路根据调制后的信号加载到LED灯上进行发光，增强了抗干扰能力，实现了通过可见光进行通信。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种可见光通信系统发射模块的集成电路，包括调制电路、驱动电路和LED灯，所述调制电路将输入的通信信号进行预处理编码与调制后传输至驱动电路；所述驱动电路根据调制电路传输的信号驱动LED灯发光；
所述LED灯的灯光由光电探测器接收后，所述光电探测器将信号传输至接收模块；所述接收模块将信号传输至解码模块；所述解码模块对信号进行信号处理以及解码后进行输出；
其中，所述调制电路为包括编码器、运算器、D/A转换器和低通滤波器；所述编码器将输入的通信信号分为两路信号an和bn；
所述an经过同相滤波器处理后传输至运算器；所述an经过正交滤波器后传输至运算器；
所述运算器对an和bn两路信号进行减法运算后送入D/A转换器进行信号转换；所述D/A转换器将转换后的信号通过低通滤波器进行滤波处理后进行输出；
其中，所述驱动电路包括两级带有源级负反馈的共源级放大器、缓冲器和功率输出级；
其中，所述共源级放大器由第一级共源级放大器和第二级共源级放大器组成；所述第一级共源级放大器为由晶体管M3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C2组成的带有源级负反馈的共源级放大器；所述第二级共源级放大器为由晶体管M4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3组成的带有源级负反馈的共源级放大器；
所述缓冲器采用源级跟随器；所述源级跟随器包括晶体管M5；所述晶体管M5对信号进行电压移位；
所述功率输出级为晶体管M6；所述晶体管M6为LED等提供直流偏置并将调制好的信号加载到LED灯上，使LED灯发出调制光信号。
进一步地，所述调制电路调制后的信号公式为：
Figure BDA0002281290630000041
其中，a(t)和b(t)分别表示两路信号的原始比特序列经过编号和运输厚度信号。
进一步地，所述驱动电路包括信号输入端IN；所述信号输入端IN依次连接有滤波电容C1和晶体管M1和晶体管M2；所述晶体管M1和晶体管M2采用二极管连接方式接入电路作为分压电阻；
所述驱动电路还包括电压源VDD1和电压源VDD2；所述电压源VDD1为共源级放大器、缓冲器和功率输出级进行供电；所述电压源VDD2为LED灯两端提供电压偏置。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置调制电路将输入信号进行编码调制之后，并通过驱动电路根据调制后的信号加载到LED灯上进行发光，增强了抗干扰能力，实现了通过可见光进行通信。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种可见光通信系统发射模块的集成电路的系统框图；
图2为调制电路的示意图；
图3为驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“输入端”、“输出端”、“串联”、“一端”、“中间”、“另一端”、“信号输入”、“信号输出”等指示方位或连接关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-3所示，本发明为一种可见光通信系统发射模块的集成电路，包括调制电路、驱动电路和LED灯，调制电路将输入的通信信号进行预处理编码与调制后传输至驱动电路；驱动电路根据调制电路传输的信号驱动LED灯发光；
LED灯的灯光由光电探测器接收后，光电探测器将信号传输至接收模块；接收模块将信号传输至解码模块；解码模块对信号进行信号处理以及解码后进行输出；
其中，调制电路为包括编码器、运算器、D/A转换器和低通滤波器；编码器将输入的通信信号分为两路信号an和bn；
an经过同相滤波器处理后传输至运算器；an经过正交滤波器后传输至运算器；
运算器对an和bn两路信号进行减法运算后送入D/A转换器进行信号转换；D/A转换器将转换后的信号通过低通滤波器进行滤波处理后进行输出；
其中，驱动电路包括两级带有源级负反馈的共源级放大器、缓冲器和功率输出级；
其中，共源级放大器由第一级共源级放大器和第二级共源级放大器组成；第一级共源级放大器为由晶体管M3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C2组成的带有源级负反馈的共源级放大器；第二级共源级放大器为由晶体管M4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3组成的带有源级负反馈的共源级放大器；
采用两级共源级放大器的原因在于，信号通过第一级共源级放大器后会造成香味的改变，此时信号相位改变180°，通过二级共源级放大器后可以使信号变得跟初始信号同相位；
缓冲器采用源级跟随器；源级跟随器包括晶体管M5；晶体管M5对信号进行电压移位；由于晶体管M4源级电平经过两级放大作用后为高电平，通过晶体管M5作用将电平下降为低电平驱动晶体管M6；
功率输出级为晶体管M6；晶体管M6为LED等提供直流偏置并将调制好的信号加载到LED灯上，使LED灯发出明暗闪烁的调制光信号；
驱动电路包括信号输入端IN；信号输入端IN依次连接有滤波电容C1和晶体管M1和晶体管M2；其中滤波电容C1用于滤除输入信号中的直流分量；
晶体管M1和晶体管M2采用二极管连接方式接入电路作为分压电阻；因为在多少CMOS工艺下，由于制作电阻的方式方法的原因，不能制作出阻值很精确的电阻，所以用二极管连接晶体管代替电阻提高电路精度；
驱动电路还包括电压源VDD1和电压源VDD2；电压源VDD1为共源级放大器、缓冲器和功率输出级进行供电；电压源VDD2为LED灯两端提供电压偏置。
其中，调制电路调制后的信号公式为：
Figure BDA0002281290630000071
其中，a(t)和b(t)分别表示两路信号的原始比特序列经过编号和运输厚度信号，通过对光信号进行调制后，增强了信号的抗干扰能力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种可见光通信系统发射模块的集成电路，包括调制电路、驱动电路和LED灯，其特征在于：所述调制电路将输入的通信信号进行预处理编码与调制后传输至驱动电路；所述驱动电路根据调制电路传输的信号驱动LED灯发光；
所述LED灯的灯光由光电探测器接收后，所述光电探测器将信号传输至接收模块；所述接收模块将信号传输至解码模块；所述解码模块对信号进行信号处理以及解码后进行输出；
其中，所述调制电路为包括编码器、运算器、D/A转换器和低通滤波器；所述编码器将输入的通信信号分为两路信号an和bn；
所述an经过同相滤波器处理后传输至运算器；所述an经过正交滤波器后传输至运算器；
所述运算器对an和bn两路信号进行减法运算后送入D/A转换器进行信号转换；所述D/A转换器将转换后的信号通过低通滤波器进行滤波处理后进行输出；
其中，所述驱动电路包括两级带有源级负反馈的共源级放大器、缓冲器和功率输出级；
其中，所述共源级放大器由第一级共源级放大器和第二级共源级放大器组成；所述第一级共源级放大器为由晶体管M3、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C2组成的带有源级负反馈的共源级放大器；所述第二级共源级放大器为由晶体管M4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3组成的带有源级负反馈的共源级放大器；
所述缓冲器采用源级跟随器；所述源级跟随器包括晶体管M5；所述晶体管M5对信号进行电压移位；
所述功率输出级为晶体管M6；所述晶体管M6为LED等提供直流偏置并将调制好的信号加载到LED灯上，使LED灯发出调制光信号。
2.根据权利要求1所述的一种可见光通信系统发射模块的集成电路，其特征在于，所述调制电路调制后的信号公式为：
Figure FDA0002281290620000021
其中，a(t)和b(t)分别表示两路信号的原始比特序列经过编号和运输厚度信号。
3.根据权利要求1所述的一种可见光通信系统发射模块的集成电路，其特征在于，所述驱动电路包括信号输入端IN；所述信号输入端IN依次连接有滤波电容C1和晶体管M1和晶体管M2；所述晶体管M1和晶体管M2采用二极管连接方式接入电路作为分压电阻。
4.所述驱动电路还包括电压源VDD1和电压源VDD2；所述电压源VDD1为共源级放大器、缓冲器和功率输出级进行供电；所述电压源VDD2为LED灯两端提供电压偏置。
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