CN114414979A - Led频率响应的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED频率响应的测试系统及方法，包括交流信号发生模块、交直流驱动模块、校准模块、光电探测模块、频率响应分析模块和LED电路板，交流信号发生模块用于产生宽带调制信号并输出给交直流驱动模块，由交直流驱动模块对交直流信号进行耦合以驱动待测LED发出光信号；光电探测模块对待测LED发出的光信号进行探测并将光信号转换为电压信号；校准模块、交直流驱动模块及LED电路板上的寄生电感串联在交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端之间，以使频率响应分析模块计算得到的待测LED的频率响应能够排除交直流驱动模块及LED电路板上的寄生电感的干扰影响，得到更加准确的LED的频率响应结果。

Description

LED频率响应的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及LED频率响应测试领域，特别是涉及一种LED频率响应的测试系统及方法。

背景技术

LED 器件频率响应表征的是LED输出光强随输入电信号高速变化的能力，决定了LED的调制带宽，是影响LED可见光通信系统性能的核心因素。目前虽然存在LED频率响应测试系统，但得到的LED的频响测试结果却不够准确。

现有的LED频率响应测试方法，首先是将直流偏置器(Bias Tee)的两端分别接在矢量网络信号分析仪的发射端口和接收端口上，以对直流偏置器的频率响应进行校准；再将直流偏置器连接在矢量网络信号分析仪的发射端口与LED电路板之间，并通过PD对LED频率响应进行标定，光电探测器（PD）与矢量网络信号分析仪的接收端口相连，这样的测试系统会存在以下几个问题：1、由于用于测试LED频响曲线的直流偏置器绝大多数是为50欧姆负载系统设计的，其主要参数（如低频截止频点、高频截止频点和带内平坦度)都是以50欧姆负载为测试标准，而LED电路板作为其负载，在电流偏置下动态阻抗远小于50欧姆，在真实测试时使得RC常数减小，直流偏置器的低频截止点将会升高，进而影响LED低频响应的测试结果，使得实际测量结果存在较大误差；2、由于LED电路板上存在寄生电感，测出的频响结果实际是LED电路板的频率响应，包含了寄生参数对结果的影响，因而进一步影响了LED低频响应的测试结果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种LED频率响应的测试系统及方法，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明提出一种LED频率响应的测试系统，包括交流信号发生模块、交直流驱动模块、校准模块、光电探测模块、频率响应分析模块和LED电路板，所述交直流驱动模块连接在所述交流信号发生模块的信号输出端与所述LED电路板的信号输入端之间，所述频率响应分析模块连接在所述光电探测模块与所述交流信号发生模块之间，所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间；

所述交流信号发生模块用于产生宽带调制信号并输出给所述交直流驱动模块，由所述交直流驱动模块对交直流信号进行耦合以驱动所述LED电路板上的待测LED发出光信号；

所述光电探测模块对所述LED电路板上的待测LED发出的光信号进行探测并将光信号转换为电压信号；

所述校准模块用于校准除所述待测LED外的其它器件及参数对所述待测LED频率响应结果的影响；

所述校准模块、所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感串联在所述交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端之间，以使所述频率响应分析模块计算得到的待测LED的频率响应能够排除所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感的干扰影响，所述LED电路板上的寄生电感为所述LED电路板上除所述待测LED以外的负载。

根据本发明提出的LED频率响应的测试系统，具有以下有益效果：

本发明在进行频率响应的测试时，通过新增一个校准模块，并将校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间，以使所述校准模块、所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感串联在所述交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端之间，从而使得所述频率响应分析模块根据交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端的数据计算得到校准系数，而得到的校准系数能够包含交直流驱动模块、所述LED电路板上的寄生电感及校准模块本身的增益，所述频率响应分析模块再根据校准系数计算得到更加准确的LED的频率响应，能够很好的排除交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感对LED的频率响应结果的干扰影响。本发明通过利用校准模块能够将交直流驱动模块及LED电路板上的寄生电感对LED频响的影响校准掉，从而使得本发明的测试系统能够灵活的适用于各种驱动阻抗下的LED频响校准。

另外，根据本发明提供的LED频率响应的测试系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述校准模块为无源低阻探头，所述校准模块包括探针、第一电阻、连接线和接头，所述探针连接在所述LED电路板上的待测LED正极，所述接头连接在所述交流信号发生模块的信号输入端，所述第一电阻通过所述连接线连接在所述探针与所述接头之间，所述第一电阻与所述连接线的电阻之和小于1KΩ。

进一步地，所述交直流驱动模块为直流偏置器。

本发明提出一种LED频率响应的测试方法，使用上述的LED频率响应的测试系统，应用于频率响应分析模块，所述方法包括：

连接校准模块前，获取交流信号发生模块输出的宽带信号；

将所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间后，获取光电探测模块的输出电压响应、所述交流信号发生模块的信号输出端的发射数据及信号输入端的接收数据；

根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数；

根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应。

进一步地，所述根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应的步骤中：

所述LED电路板上的待测LED的频率响应的计算公式为：

其中，

为所述LED电路板上的待测LED的频率响应，

为所述光电探测模块的输出电压响应，

为所述交流信号发生模块输出的宽带信号，

为校准系数。

进一步地，所述根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数的步骤具体包括：

对所述接收数据与所述发射数据进行比值计算以得到校准系数。

根据本发明提出的LED频率响应的测试方法，具有以下有益效果：

本发明的频率响应分析模块在连接校准模块前先获取交流信号发生模块输出的宽带信号，在将所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间之后，再获取光电探测模块的输出电压响应、所述交流信号发生模块的信号输出端的发射数据及信号输入端的接收数据，根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数，而得到的校准系数能够包含了交直流驱动模块、所述LED电路板上的寄生电感及校准模块本身的增益；再根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算得到更加准确的LED的频率响应，得到的LED频率响应结果能够不受交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感的干扰影响。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一实施例LED频率响应的测试系统的第一结构图；

图2为本发明第一实施例LED频率响应的测试系统的第二结构图；

图3为本发明第一实施例LED频率响应的测试方法的流程图。

附图标记：

10、交流信号发生模块，20、交直流驱动模块，30、校准模块，40、光电探测模块，50、频率响应分析模块，60、LED电路板。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

实施例1

请参考图1，本发明的实施例提供一种LED频率响应的测试系统，包括交流信号发生模块10、交直流驱动模块20、校准模块30、光电探测模块40、频率响应分析模块50和LED电路板60，所述交直流驱动模块20连接在所述交流信号发生模块10的信号输出端与所述LED电路板60的信号输入端之间，所述频率响应分析模块50连接在所述光电探测模块40与所述交流信号发生模块10之间，所述校准模块30连接在所述LED电路板60上的待测LED正极与所述交流信号发生模块10的信号输入端之间。

所述交流信号发生模块10用于产生宽带调制信号并输出给所述交直流驱动模块20，由所述交直流驱动模块20对交直流信号进行耦合以驱动所述LED电路板60上的待测LED发出光信号。

所述校准模块30用于校准除所述待测LED外的其它器件及参数对所述待测LED频率响应结果的影响。

所述校准模块30、所述交直流驱动模块20及所述LED电路板60上的寄生电感串联在所述交流信号发生模块10的信号输出端与信号输入端之间，以使所述频率响应分析模块50计算得到的待测LED的频率响应能够排除所述交直流驱动模块20及所述LED电路板60上的寄生电感的干扰影响，所述LED电路板60上的寄生电感为所述LED电路板60上除所述待测LED以外的负载。

所述光电探测模块40对所述LED电路板60上的待测LED发出的光信号进行探测并将光信号转换为电压信号。

所述频率响应分析模块50用于根据从所述交流信号发生模块10获取的校准系数计算所述LED电路板60上的待测LED的频率响应。

本发明的具体实施可以参照图2所示，所述校准模块30为无源低阻探头，所述校准模块30包括探针、第一电阻、连接线和接头，所述探针连接在所述LED电路板60上的待测LED正极，所述接头连接在所述交流信号发生模块10的信号输入端，所述第一电阻通过所述连接线连接在所述探针与所述接头之间，所述第一电阻与所述连接线的电阻之和小于1KΩ，具体的，所述第一电阻为450Ω，所述连接线的电阻为50Ω。

本发明通过利用校准模块能够将交直流驱动模块及LED电路板上的寄生电感对LED频响的影响校准掉，从而使得本发明的测试系统能够灵活的适用于各种驱动阻抗下的LED频响校准。

本发明实施例中的所述交直流驱动模块20可以是直流偏置器，本发明实施例中的所述交流信号发生模块10和所述频率响应分析模块50可以用矢量网络信号分析仪替代，所述矢量网络信号分析仪包括S1发射接口和S2接收接口，所述交直流驱动模块20连接在S1发射接口上，所述光电探测模块40连接在S2接收接口上，校正时，所述校准模块30的接头连接在S2接收接口上。传统的将直流偏置器的两端接在矢量网络信号分析仪的发射接口和S2接收接口的方式只能支持LED在特定驱动阻抗下的校准，而本发明实施例通过增加低阻探头，能够灵活的对各种驱动阻抗下的LED频响进行校准。

综上，本发明提供的一种LED频率响应的测试系统，有益效果在于：本发明在进行频率响应的测试时，通过新增一个校准模块，并将校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间，以使所述校准模块、所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感串联在所述交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端之间，从而使得所述频率响应分析模块根据交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端的数据计算得到校准系数，而得到的校准系数能够包含交直流驱动模块、所述LED电路板上的寄生电感及校准模块本身的增益，所述频率响应分析模块再根据校准系数计算得到更加准确的LED的频率响应，能够很好的排除交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感对LED的频率响应结果的干扰影响。本发明通过利用校准模块能够将交直流驱动模块及LED电路板上的寄生电感对LED频响的影响校准掉，从而使得本发明的测试系统能够灵活的适用于各种驱动阻抗下的LED频响校准。

实施例2

如图3所示，本发明的第二实施例提供一种LED频率响应的测试方法，使用第一实施例的LED频率响应的测试系统，应用于频率响应分析模块，包括步骤S101~S104。

S101，连接校准模块前，获取交流信号发生模块输出的宽带信号。

S102，将所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间后，获取光电探测模块的输出电压响应、所述交流信号发生模块的信号输出端的发射数据及信号输入端的接收数据。

S103，根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数。

其中，所述根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数的步骤具体包括：

对所述接收数据与所述发射数据进行比值计算以得到校准系数。

S104，根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应。

其中，所述根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应的步骤中：

所述LED电路板上的待测LED的频率响应的计算公式（1）为：

其中，

为所述LED电路板上的待测LED的频率响应，

为所述光电探测模块的输出电压响应，

为所述交流信号发生模块输出的宽带信号，

为校准系数。

可以根据以下公式（2）、公式（3）、公式（4）和公式（5）验证公式（1）的正确性。

其中，公式（2）：

；

公式（3）：

；

公式（4）：

；

公式（5）：

；

根据公式：

，

即得到公式（6）：

。

其中，

为所述校准模块的增益，

为所述LED电路板上的寄生电感的增益,

为所述交直流驱动模块的增益，

为LED正极的电压响应，

为LED在电压驱动下的频率响应，

为LED的电光调制频响曲线，

为所述光电探测模块的增益。

本发明实施例的工作频域下，所述光电探测模块的增益

、所述校准模块的增益

均为常数，因此,

为一个常数，公式（6）可以转化为

，等式两边的频率响应同步，进而可知，公式（1）成立。

综上，本发明LED频率响应的测试方法中的频率响应分析模块在连接校准模块前先获取交流信号发生模块输出的宽带信号，在将所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间之后，再获取光电探测模块的输出电压响应、所述交流信号发生模块的信号输出端的发射数据及信号输入端的接收数据，根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数，而得到的校准系数能够包含了交直流驱动模块、所述LED电路板上的寄生电感及校准模块本身的增益；再根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算得到更加准确的LED的频率响应，得到的LED频率响应结果能够不受交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感的干扰影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种LED频率响应的测试系统，其特征在于，包括交流信号发生模块、交直流驱动模块、校准模块、光电探测模块、频率响应分析模块和LED电路板，所述交直流驱动模块连接在所述交流信号发生模块的信号输出端与所述LED电路板的信号输入端之间，所述频率响应分析模块连接在所述光电探测模块与所述交流信号发生模块之间，所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间；

所述交流信号发生模块用于产生宽带调制信号并输出给所述交直流驱动模块，由所述交直流驱动模块对交直流信号进行耦合以驱动所述LED电路板上的待测LED发出光信号；

所述光电探测模块对所述LED电路板上的待测LED发出的光信号进行探测并将光信号转换为电压信号；

所述校准模块用于校准除所述待测LED外的其它器件及参数对所述待测LED频率响应结果的影响；

所述校准模块、所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感串联在所述交流信号发生模块的信号输出端与信号输入端之间，以使所述频率响应分析模块计算得到的待测LED的频率响应能够排除所述交直流驱动模块及所述LED电路板上的寄生电感的干扰影响，所述LED电路板上的寄生电感为所述LED电路板上除所述待测LED以外的负载。

2.根据权利要求1所述的LED频率响应的测试系统，其特征在于，所述校准模块为无源低阻探头，所述校准模块包括探针、第一电阻、连接线和接头，所述探针连接在所述LED电路板上的待测LED正极，所述接头连接在所述交流信号发生模块的信号输入端，所述第一电阻通过所述连接线连接在所述探针与所述接头之间，所述第一电阻与所述连接线的电阻之和小于1KΩ。

3.根据权利要求1所述的LED频率响应的测试系统，其特征在于，所述交直流驱动模块为直流偏置器。

4.一种LED频率响应的测试方法，其特征在于，使用权利要求1-3任一项所述的LED频率响应的测试系统，应用于频率响应分析模块，所述方法包括：

连接校准模块前，获取交流信号发生模块输出的宽带信号；

将所述校准模块连接在所述LED电路板上的待测LED正极与所述交流信号发生模块的信号输入端之间后，获取光电探测模块的输出电压响应、所述交流信号发生模块的信号输出端的发射数据及信号输入端的接收数据；

根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数；

根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应。

5.根据权利要求4所述的LED频率响应的测试方法，其特征在于，所述根据所述校准系数、所述光电探测模块的输出电压响应和所述交流信号发生模块输出的宽带信号计算所述LED电路板上的待测LED的频率响应的步骤中：

所述LED电路板上的待测LED的频率响应的计算公式为：

，

其中，

为所述LED电路板上的待测LED的频率响应，

为所述光电探测模块的输出电压响应，

为所述交流信号发生模块输出的宽带信号，

为校准系数。

6.根据权利要求4所述的LED频率响应的测试方法，其特征在于，所述根据所述发射数据及所述接收数据计算得到校准系数的步骤具体包括：

对所述接收数据与所述发射数据进行比值计算以得到校准系数。

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