CN114268370A - 一种单光纤半双工可见光通信芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单光纤半双工可见光通信芯片，包括控制电路和LED收发切换器，所述控制电路用于控制LED收发切换器，所述LED收发切换电路连接LED光电二极管；所述LED收发切换器包括两路切换电路，其中一路连接LED光电二极管的阳极端，另一路连接LED光电二极管的阴极端，通过两路切换电路控制LED光电二极管的顺向偏压和逆向偏压的切换，进而实现光信号的发射和接收。本发明所述的单光纤半双工可见光通信芯片以光电二极管为基底，调试适当偏压状态，实现单颗发光器件进行光收发通信。
Description
技术领域
本发明属于计数器技术领域，尤其是涉及一种单光纤半双工可见光通信芯片。
背景技术
可见光应用在信息通信上有许多重要的优势，其中包括不需无线频谱使用许可，优异的抗电磁干扰性能、更好的信息保密性与对使用人员的安全性等。这些可见光通信技术的特性，驱动了学术界与产业界大量地投入研究，也创造了许多可见光通信技术的实际用途。
为了满足光通信的双向通信需求，典型的光通信技术上为采用光信号收、发不同缆线的双缆线连接方式，例如一般SFP；或是单一缆线双色棱镜分光双工技术，例如BiDi-SFP连接器或是BOSA次模块。这些技术方案通常可以提供较高的通信带宽，但是都免不了较高的硬件或是缆线成本，或者增加了部署配置的复杂程度。传统光通信应用上多是以光电二极管(LED)做为发光器件，以光电二极管(Photodiode)为光接收器件。一定程度上，增加了电路板的空间使用与光路设计的难度，对于许多的物联网设备连结、中低速带宽需求的应用上，显得有些大材小用，也阻碍了可见光通信技术与物联网应用的普及。
发明内容
有鉴于此，为克服上述缺陷，本发明旨在提出一种单光纤半双工可见光通信芯片。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种单光纤半双工可见光通信芯片，包括控制电路和LED收发切换器，所述控制电路用于控制LED收发切换器，所述LED收发切换电路连接LED光电二极管；
所述LED收发切换器包括两路切换电路，其中一路连接LED光电二极管的阳极端，另一路连接LED光电二极管的阴极端，通过两路切换电路控制LED光电二极管的顺向偏压和逆向偏压的切换，进而实现光信号的发射和接收。
进一步的，两路切换电路分别为切换电路一和切换电路二；
所述切换电路一包括单刀双掷开关一，单刀双掷开关一包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阳极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
所述切换电路二包括单刀双掷开关二，单刀双掷开关二包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阴极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
通过所述控制电路控制两路切换电路的单刀双掷开关的切换。
进一步的，当切换电路一切换到高电平，切换电路二切换到低电平，LED光电二极管处于顺向偏压处于光信号的发射状态；
当切换电路一切换到低电平，切换电路二切换到高电平，LED光电二极管处于逆向偏压处于光信号的接收状态。
进一步的，所述切换电路一的低电平端连接TIA跨阻放大器的输入端，TIA跨阻放大器的输出端连接控制电路的收发数据寄存器。
进一步的，所述切换电路二的低电平端连接发射开关，发射开关连接控制电路，通过控制电路控制发射开关的导通。
进一步的，所述发射开关为N型MOS管,其中，N型MOS管的漏极连接切换开关二的低电平端，源极经限流电阻连接至电气接地电平，栅极连接控制电路。
相对于现有技术，本发明所述的单光纤半双工可见光通信芯片具有以下优势：
(1)本发明所述的单光纤半双工可见光通信芯片，以光电二极管为基底，调试适当偏压状态，实现单颗发光器件进行光收发通信。
(2)本发明所述的单光纤半双工可见光通信芯片，大规模集成电路(VLSI)实现数模混合电路，实现低功耗、高密度的可见光通信传输方案。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的单光纤半双工可见光通信芯片原理框图；
图2为本发明实施例所述的光电二极管发射和接收原理示意图；
图3为本发明实施例所述的LED收发切换器原理结构图。
如图标记：
2-1、LED+单刀双掷开关；2-2、LED-单刀双掷开关；2-3、N型MOS管发射开关。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种单光纤半双工可见光通信芯片，包括控制电路和LED收发切换器，所述控制电路用于控制LED收发切换器，所述LED收发切换电路连接LED光电二极管；
所述LED收发切换器包括两路切换电路，其中一路连接LED光电二极管的阳极端，另一路连接LED光电二极管的阴极端，通过两路切换电路控制LED光电二极管的顺向偏压和逆向偏压的切换，进而实现光信号的发射和接收。
LED收发切换器，透过对LED+、LED-管脚的电压调整，控制外部光电二极管在顺向偏压下发射光束的明灭，或是使外部光电二极管操作在逆向偏压状态下以做为感光接收器件之用。
两路切换电路分别为切换电路一和切换电路二；
所述切换电路一包括单刀双掷开关一，单刀双掷开关一包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阳极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
所述切换电路二包括单刀双掷开关二，单刀双掷开关二包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阴极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
通过所述控制电路控制两路切换电路的单刀双掷开关的切换。
如图2所示，当切换电路一切换到高电平，切换电路二切换到低电平，LED光电二极管处于顺向偏压处于光信号的发射状态；
当切换电路一切换到低电平，切换电路二切换到高电平，LED光电二极管处于逆向偏压处于光信号的接收状态。
所述切换电路一的低电平端连接TIA跨阻放大器的输入端，TIA跨阻放大器的输出端连接控制电路的收发数据寄存器。
如图1所示，控制电路包括数据处理与收发控制单元和收发数据寄存器。
收发数据寄存器位于TIA跨阻放大器、发射开关及数据处理与收发控制单元的中间，做为收发数据的缓存空间，以适配数据处理与收发控制单元与外部可见光信号的操作速率。
本发明所述的单光纤半双工可见光通信芯片大规模集成电路(VLSI)实现数模混合电路，实现低功耗、高密度的可见光通信传输方案。如图1所示，由数据处理与存储的数字电路及二极管驱动与接收放大的模拟电路两大区块构成。数字电路部份包含数据处理与收发控制单元、收发数据寄存器及与模拟电路界接的部份发射开关与TIA(TransimpedanceAmplifier)跨阻放大器电路。模拟电路包含将发送数据的数字信号转换至驱动发光二极管控制信号的发射开关以及将发光二极管接收到光电流转换成信号电平的TIA跨阻放大器。同时，为要提供发光二极管在发射光信号及接收光信号所需的适当偏压电平，模拟电路部份还包含了一个LED收发切换器。
所述切换电路二的低电平端连接发射开关，发射开关连接控制电路，通过控制电路控制发射开关的导通。
所述发射开关采用但不限于N型MOS管,其中，N型MOS管的漏极连接切换开关二的低电平端，源极经限流电阻连接至电气接地电平，栅极连接控制电路。
结合示例对本申请的方案作进一步说明：
光信号的发射与接收通过对一个发光二极管(LED)正、负管脚的适当偏压实现发射光信号与接收光信号的双重功用。具体的实施方式如图3所示，LED收发切换器中的两个单刀双掷(Single Pole Double Throw)开关2-1，2-2，转换跨接外部发光二极管电气管脚LED+、LED-与内部电路的连接方式。并根据来自数据处理与收发控制单元1的收发控制信号，控制两个单刀双掷开关2-1、2-2的协同连接，决定外部发光二极管的操作模式。
光电二极管的操作模式包括光电二极管的发射或是接收模式，如表1所示：
如表1、图2、图3所示，当LED+单刀双掷开关2-1的LED+端点连接至
(高电平)、LED-单刀双掷开关2-2LED-端点连接至
连接至N型MOS管发射开关2-3的漏极，N型MOS管发射开关2-3的源极连经限流电阻接至电气接地电平，外部连接的发光二极管操作在顺向偏压的LED发射状态，N型MOS管发射开关2-3的导通与否因此决定发光二极管的明灭。而连接至N型MOS管发射开关2-3栅极的
电平位准决定控制N型MOS管发射开关2-3的导通。也就是在数字电路范畴内的数字信号Tx的高低电平透过发射开关3转换至开关N型MOS管发射开关2-3的驱动电平，以决定外部发光二极管的明灭，并透过外部单一的光缆传送至接收端设备。
如表1、图2、图3所示，当LED-单刀双掷开关2-2的LED-端点连接至
(高电平)、外部连接的发光二极管操作在逆向偏压状态。LED+单刀双掷开关2-1LED+端点连接至
接点，经由外部光缆接收的光照在发光二极管上生成的光电流透过
连接至TIA跨阻放大器4的输入端，并放大至数字电路范畴的Rx高低电平。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：包括控制电路和LED收发切换器，所述控制电路用于控制LED收发切换器，所述LED收发切换电路连接LED光电二极管；
所述LED收发切换器包括两路切换电路，其中一路连接LED光电二极管的阳极端，另一路连接LED光电二极管的阴极端，通过两路切换电路控制LED光电二极管的顺向偏压和逆向偏压的切换，进而实现光信号的发射和接收。
2.根据权利要求1所述的单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：两路切换电路分别为切换电路一和切换电路二；
所述切换电路一包括单刀双掷开关一，单刀双掷开关一包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阳极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
所述切换电路二包括单刀双掷开关二，单刀双掷开关二包括一个公共触点和两个切换触点，其中，公共触点连接LED光电二极管的阴极端，一切换触点连接高点平，另一切换触点连接低电平；
通过所述控制电路控制两路切换电路的单刀双掷开关的切换。
3.根据权利要求2所述的单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：
当切换电路一切换到高电平，切换电路二切换到低电平，LED光电二极管处于顺向偏压处于光信号的发射状态；
当切换电路一切换到低电平，切换电路二切换到高电平，LED光电二极管处于逆向偏压处于光信号的接收状态。
4.根据权利要求2所述的单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：所述切换电路一的低电平端连接TIA跨阻放大器的输入端，TIA跨阻放大器的输出端连接控制电路的收发数据寄存器。
5.根据权利要求2所述的单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：所述切换电路二的低电平端连接发射开关，发射开关连接控制电路，通过控制电路控制发射开关的导通。
6.根据权利要求5所述的单光纤半双工可见光通信芯片，其特征在于：所述发射开关为N型MOS管,其中，N型MOS管的漏极连接切换开关二的低电平端，源极经限流电阻连接至电气接地电平，栅极连接控制电路。
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