CN116992812B - 一种led的电流动态模型建立方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED的电流动态模型建立方法和系统，其根据目标LED的驱动板的结构布局设计与之相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，以针对性校准消除驱动板带来的阻抗和寄生参数的影响，获得高准确性的目标LED的实际阻抗数据，并根据测试获得的目标LED在不同驱动电流下的多组实际阻抗数据，分别进行数据拟合处理，获得等效电路模型中各元件在不同驱动电流下的元件参数，进一步根据各元件在不同驱动电流下的元件参数进行拟合处理，获得各元件的电流动态参数，并据此获得目标LED的电流动态模型。本发明提供的LED的电流动态模型建立方法和系统获得的目标LED的特性模型为随电流变化而变化的电流动态模型，为可见光通信的动态性能的深入研究提供便利。

Description

一种LED的电流动态模型建立方法和系统

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及一种LED的电流动态模型建立方法和系统。

背景技术

在可见光通信中，其发射光源一般为LED（light emitting diode，发光二极管），调控其各发光周期的驱动电流大小，以调控其在各发光周期的发光强度，携带数据信息，实现可见光的数据通信，其中，LED的驱动电流为周期性振荡电流，振荡频率不同，其实际特性也不同，因此其阻抗的频率响应模型是可见光通信的通信性能研究的重要参照物。

在现有技术中，通过阻抗的实测数据进行拟合，获得阻抗的频率响应曲线，根据该频率响应曲线初步建立LED的等效电路模型，在根据实测数据对该等效电路模型进行拟合修正，获得其阻抗的最终频率响应模型。然而该最终频率响应模型只反映了LED在特定的电流驱动条件下的阻抗特性，在实际使用中，供电电源的损耗、电路硬件老化等因素会影响LED的实际驱动电流，使LED的实际驱动电流偏离理想值，而实测数据的驱动电流为理想值，其获得的频率响应模型与实际情况会存在一定的偏差，使得以此频率响应模型对可见光通信的实际通信性能模拟分析的准确性和可靠性不足。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种LED的电流动态模型建立方法和系统，以获得LED频率响应特性的电流动态模型，为可见光通信的动态通信性能的深入研究提供便利。

本发明一方面提供一种LED的电流动态模型建立方法，其包括：

根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；

将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准；

将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据；

根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数；

根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型；

其中，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数的步骤包括：

根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；

根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型。

可选地，所述目标LED的驱动板上设置有正极焊盘、负极覆铜和射频接口，其中，

目标LED连接在所述正极焊盘与所述负极覆铜之间；

所述射频接口焊接固定至所述正极焊盘上，且所述射频接口的正极通过所述正极焊盘与目标LED的正极连接，负极通过所述负极覆铜与目标LED的负极连接。

可选地，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准的步骤，以及根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际电流响应数据的步骤包括：

将矢量网络分析仪的输出端连接至直流偏置器的输入端，以通过所述直流偏置器的输出端与目标LED的驱动板、开路校准件、短路校准件和负载校准件连接。

可选地，所述等效电路模型包括依次串联的第一电阻器、电感器和第二电阻器，以及与所述第一电阻器并联的电容器，其中，所述第一电阻器和所述电容器分别对应目标LED的结电阻和结电容，所述电感器和所述第二电阻器分别对应由封装带来的寄生电感和外围结构电阻。

可选地，在根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数的步骤中，获得与一种电流驱动条件对应的一组元件参数的步骤包括：

根据与目标电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，以及预设的拟合次数，逐次调整所述阻抗函数的各参数，获得多个拟合函数；

将对应的一组实际阻抗数据的频点，作为采样频点，从每一个拟合函数中提取出一组拟合阻抗数据，并计算出每一组拟合阻抗数据与对应的一组实际阻抗数据之间的方差；

将使方差最小的一组拟合阻抗数据对应的拟合函数，作为最终拟合函数，并将所述最终拟合函数的各参数，作为与目标电流驱动条件对应的一组元件参数。

可选地，根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数的步骤包括：

从所述多组元件参数中提取出各元件在不同电流驱动条件下的多个电流特征参数，并根据各元件的多个电流特征参数获得各元件的电流特征函数；

根据各元件的多个电流特征参数，分别对各元件的电流特性函数进行多项式拟合，获得各元件的电流动态参数。

可选地，所述阻抗函数包括：

；

；

其中，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，Z为等效电路模型的阻抗，|Z|为阻抗模，R、C、L、r分别为所述第一电阻器的阻值、所述电容器的电容值、所述电感器的电感值和所述第二电阻器的阻值

可选地，所述各元件的电流特征函数包括：

；

；

；

；

其中，为所述第一电阻器的电流特征函数，/>为所述电容器的电流特征函数，/>为所述电感器的电流特征函数，/>为所述第二电阻器的电流特征函数，i为电流，A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、D1、D2、D3、D4为常数。

可选地，所述目标LED的频率响应函数包括：

；

其中，为电流动态频率响应，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，Z为所述等效电路模型的电流动态阻抗。

本发明另一方面提供一种LED的电流动态模型建立系统，其包括：

校准件设定模块，用于根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；

校准模块，用于将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准；

测试模块，用于将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据；

模型构建模块，用于根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数；

数据处理模块，用于根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型；

其中，所述数据处理模块还用于根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；

以及根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型。

本发明提供的LED的电流动态模型建立方法根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数，根据测试获得的目标LED的实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型，其中，还根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准，将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据，以消除驱动板至矢量网络分析仪之间的传递链路上的阻抗和寄生参数的影响，其中，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数的步骤包括：根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；以及根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型。本发明提供的LED的电流动态模型建立方法根据目标LED的驱动板设计与之结构一致的各校准件，以此排除矢量网络分析仪至目标LED之间的传递链路上的阻抗和寄生参数的影响，可测试获得与目标LED的实际特性匹配性高的高精度实际阻抗数据，进一步根据在不同的电流驱动条件下获得的多组高精度的实际阻抗数据，对目标LED的阻抗函数分别进行拟合，可获得目标LED的等效电路模型中的各元件的电流动态参数，进而可根据等效电路模型中的各元件的电流动态参数获得目标LED的通信特性的电流动态模型，为可见光通信的复杂动态性能的深入研究提供便利。

本发明提供的LED的电流动态模型建立系统设置有校准件设定模块、校准模块、测试模块、模型构建模块和数据处理模块，以根据目标LED的驱动板设置与之结构布局一致的校准件，通过该校准件可消除矢量网络分析仪至目标LED之间的传递链路上的阻抗和寄生参数的影响，可测试获得与目标LED的实际特性匹配性高的高精度实际阻抗数据，进一步根据在不同的电流驱动条件下获得的多组高精度的实际阻抗数据，对目标LED的阻抗函数分别进行拟合，可获得目标LED的等效电路模型中的各元件的电流动态参数，进而可根据等效电路模型中的各元件的电流动态参数获得目标LED的通信特性的电流动态模型，为可见光通信的复杂动态性能的深入研究提供便利。

附图说明

图1为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法的主要流程示意图；

图2为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法中的校准测试相关原理示意图；

图3为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法的部分测试数据；

图4为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法的部分测试数据与现有测试方法获得的测试数据的对比图；

图5为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法获得的等效电路模型的结构示意图；

图6为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法获得频率响应模型的响应特性与实测响应特性的对比图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。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。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在现有技术中，通过阻抗的实测数据进行拟合，获得阻抗的频率响应曲线，根据该频率响应曲线初步建立LED的等效电路模型，在根据实测数据对该等效电路模型进行拟合修正，获得其阻抗的最终频率响应模型。然而该最终频率响应模型只反映了LED在特定的电流驱动条件下的阻抗特性，在实际使用中，供电电源的损耗、电路硬件老化等因素会影响LED的实际驱动电流，使LED的实际驱动电流偏离理想值，而实测数据的驱动电流为理想值，其获得的频率响应模型与实际情况会存在一定的偏差，使得以此频率响应模型对可见光通信的实际通信性能模拟分析的准确性和可靠性不足。因此，为了提高对LED的实际性能的模拟准确性，有必要获得LED随驱动电流的变化而变化的电流动态模型。

其中，要获得LED随驱动电流的变化而变化的电流动态模型，需要获得LED在多种不同的电流驱动条件下的测试数据，而在实际测试中，对LED的阻抗测试一般要测到GHz级别，其常用矢量网络分析仪进行测量，其测试出的阻抗数据包含了驱动板至矢量网络分析仪之间的传递链路的阻抗和寄生参数的影响，准确性不足，尤其是在不同的电流驱动条件下，其寄生参数带来的影响也不同，根据在多种不同的电流驱动条件下获得的测试数据，拟合获得电流动态模型的步骤中，其中的阻抗和寄生参数带来的影响会被进一步放大，大大降低获得的LED的电流动态模型的准确性，不利于可见光通信的动态通信性能的深入研究。

基于现有技术中的问题，以及可见光通信的动态通信性能的深入研究的技术需求，本发明提供一种LED的电流动态模型建立方法根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数，根据测试获得的目标LED的实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型，其中，还根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准，将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据，以消除矢量网络分析仪至目标LED之间的传递链路上的阻抗和寄生参数的影响，测试获得的实际阻抗数据与目标LED自身的实际特性匹配性高，提高了该实际阻抗数据与目标LED的等效电路模型的匹配性，进一步地，根据测试获得的目标LED在不同的驱动电流下的多组高精度的实际阻抗数据，以据此拟合获得目标LED在不同的驱动电流下的多个阻抗函数，进而可获得等效电路模型中的各元件在不同的驱动电流下的多组元件参数，根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的通信特征的电流动态模型，根据该电流动态模型，可获得目标LED在任意驱动电流下的通信特征，为可见光通信的复杂动态通信性能的深入研究提供了便利。

请参阅图1，所示为本发明实施例中的LED的电流动态模型建立方法的主要流程示意图，本实施例的LED的电流动态模型建立方法主要包括：

步骤S01：根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致。

步骤S02：将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准；

步骤S03：将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据。

步骤S04：根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数。

步骤S05：根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型。

在本实施例中，如图2所示，目标LED01为单个封装的贴片LED（根据实际应用需求，还可以为单个封装的灯珠型LED），其驱动板41主要设置有正极焊盘、负极覆铜和射频接口，正极焊盘包围负极覆铜设置，便于射频接口02焊接固定至正极焊盘上，负极覆铜直线引出，根据驱动板41的结构布局设置再设置三个结构相同的电路板，并将目标LED01的设置位置分别设置为开路、短路和负载连接状态，获得开路校准件42、短路校准件43和负载校准件44。

其中，负载03为50欧姆的射频电阻，与矢量网络分析仪10的内部阻抗一致，且工作频率大于目标LED01的工作频率。

在驱动板41上，射频接口02的正极通过正极焊盘与目标LED01的正极连接，负极通过负极覆铜与目标LED01的负极连接。

矢量网络分析仪10的输出线路连接至直流偏置器20，直流偏置器20与直流电源30连接，矢量网络分析仪10提供的射频信号经过直流偏置器20转换为测试用的射频驱动信号，通过直流偏置器20的射频输出接口连接至射频接口02，传递至驱动板41。

在对驱动板41的目标LED01进行测试之前，将矢量网络分析仪10置为校准模式，将其输出通过直流偏置器20依次连接至开路校准件42、短路校准件43和负载校准件44的射频接口，根据矢量网络分析仪10的校准功能，分别校准修正开路误差项、短路误差项和负载误差项，然后再将修正后的矢量网络分析仪10置为测量模式，通过直流偏置器20连接至驱动板41，对驱动板41的目标LED01进行阻抗测试，并记录测试结果，如此可排除掉驱动板41上的布局对目标LED01本体的测试影响，获得的实际阻抗数据与目标LED01本体的实际特性一致性高。其中，驱动电流的大小可通过调整直流电源30的输出电流大小来调整。

其中，通过设计目标LED01的驱动板41，并根据该驱动板41获得开路校准件42、短路校准件43和负载校准件44，在实现对目标LED01的实际阻抗数据的精确测试的同时，其相比于现有技术中的高精度测试设备，可有效缩减高精度的专业驱动夹具和专业校准件的成本，大大降低获得高精度的实际阻抗数据的测试成本，进而降低可见光通信的动态性能研究成本。

在本实施例中，测试获得多种电流驱动条件下的多组测试数据，测试获得的每一组实际阻抗数据例如包括1000组，其频率范围例如为105至109Hz，实际测试采样可根据具体需求具体选择，本申请对此不做特别限制。

在一具体实施中，其测试获得的实际阻抗数据如图3所示，在不同的驱动电流下，其阻抗的频率响应特性是不同的，其整体均随频率的增加，先减小而增大，其最低点为谐振点，阻抗最小。

其中，在本实施例中，该最低点受目标LED01封装中的引线阻抗影响，而在现有技术的直接测试中，该最低点还受驱动板41上的线路阻抗，以及矢量网络分析仪至驱动板的射频接口之间的传递链路上的线路阻抗影响，其最低点会高于本发明的最低点，如图4所示，其实测数据正准确地展示出了该区别，即本发明的LED的电流动态模型建立方法中获得出实际阻抗数据，有效地消除了矢量网络分析仪至驱动板的射频接口之间的传递链路，以及驱动板上的线路阻抗和寄生参数的影响，其测试数据与目标LED01本体的实际特性的匹配性更佳。

其中，消除了矢量网络分析仪至驱动板的射频接口之间的传递链路，以及驱动板上的线路阻抗和寄生参数的影响，还可降低等效电路模型的复杂度，即根据现有技术的测量方法，其要想获得LED的电流动态模型，其需要获得与测试数据匹配性更高的等效电路模型，其需要将矢量网络分析仪至驱动板的射频接口之间的传递链路，以及驱动板上的线路阻抗和寄生参数的影响，需要设计更加复杂的等效电路模型，其后续的数据拟合处理量相比于本发明的LED的电流动态模型建立方法后续的数据拟合处理量也会大大增加，且更多的参数将带来更多的误差项，其电流动态模型的准确性和可靠性相比于本发明获得的电流动态模型会大打折扣。

考虑到目标LED01的实际物理封装，结合图3所示的实际阻抗数据的频率响应曲线，可分析获得其等效电路模型，在本实施例中，如图5所示，所述等效电路模型包括依次串联的第一电阻器R、电感器L和第二电阻器r，以及与所述第一电阻器R并联的电容器C，其中，所述第一电阻器R和所述电容器C分别对应目标LED01的结电阻和结电容，所述电感器L和所述第二电阻器r分别对应由封装带来寄生电感和外围结构电阻，在本实施例中，第二电阻器r主要为目标LED01金属封装的封装金属和走线的阻抗。

在本实施例中，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数的步骤包括：根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型。

即如图3所示，在每一种电流驱动条件下，均会测试获得一组对应的实际阻抗数据，每一组实际阻抗数据的离散点可构成一条离散曲线，对每一组实际阻抗数据进行拟合，可获得与实际阻抗数据对应的离散曲线拟合匹配的多条拟合函数曲线，每一条曲线对应一个驱动电流i和一组元件参数[Ri，Ci，Li，ri]，提取出每一个元件在不同的驱动电流下的参数，进行拟合，即可获得各元件的电流动态参数，根据等效电路模型和需要关注的特性，可获得该特性的频率响应函数，将各元件的电流动态参数代入对应的频率响应函数，即可获得对应特性的电流动态模型。

在本实施例中，在根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数的步骤中，获得与一种电流驱动条件对应的一组元件参数的步骤包括：

根据与目标电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，以及预设的拟合次数，逐次调整所述阻抗函数的各参数，获得多个拟合函数；

将对应的一组实际阻抗数据的频点，作为采样频点，从每一个拟合函数中提取出一组拟合阻抗数据，并计算出每一组拟合阻抗数据与对应的一组实际阻抗数据之间的方差；

将使方差最小的一组拟合阻抗数据对应的拟合函数，作为最终拟合函数，并将所述最终拟合函数的各参数，作为与目标电流驱动条件对应的一组元件参数。

在本实施例中，所述阻抗函数包括：

；

；

其中，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，Z为等效电路模型的阻抗，|Z|为阻抗模，R、C、L、r分别为所述第一电阻器R的阻值、所述电容器C的电容值、所述电感器L的电感值和所述第二电阻器r的阻值。

其中，如图3所示，各离散曲线的走向相似，在低频段阻抗几乎为一条直线，此时是第一电阻器R起主导地位，当频率上升后阻抗开始衰减，这是与第一电阻器并联的电容器C将第一电阻器R短路形成的效果，之后上升段便是寄生的电感器L占据主导作用，同时最低点由封装及引线带来的第二电阻器r确定，根据此原理，所述第二电阻器的初始参数可根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点获得，所述第一电阻器的初始参数可根据所述实际阻抗数据的离散曲线的低频段直线段特征获得（具体可以10⁵Hz至10⁶Hz之间，以及以下频段的阻抗为参考），所述电感器的初始参数可根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点之后的上升斜率获得，所述电容器的初始参数可根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点之前的衰减段获得。可初步获得阻抗函数中的各元件的初始参数。

将初始参数代入上述阻抗函数，可获得一拟合函数，将实际阻抗数据的频点作为采样频点，从拟合函数中提取出与实际阻抗数据数量相同的拟合阻抗数据，进一步根据方差计算式计算出实际阻抗数据与拟合阻抗数据之间的方差。

其中，方差计算式包括：；其中，/>为实际阻抗数据，k包括1至n，n为实际阻抗数据的总数量，/>为拟合阻抗数据，在一个单元式/>中，拟合阻抗数据和实际阻抗数据对应的频点相同。

在可选实施例中，设置参考方差，在拟合后计算出的方差达到参考方差时，认为拟合精度达标，并将此方差对应的拟合函数作为最终拟合函数。

在本实施例中，根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数的步骤包括：从所述多组元件参数中提取出各元件在不同电流驱动条件下的多个电流特征参数，并根据各元件的多个电流特征参数获得各元件的电流特征函数；根据各元件的多个电流特征参数，分别对各元件的电流特性函数进行多项式拟合，获得各元件的电流动态参数。

在本实施例中，根据各元件的多个电流特征参数获得各元件的电流特征函数包括：

；

；

；

；

其中，为所述第一电阻器的电流特征函数，/>为所述电容器的电流特征函数，/>为所述电感器的电流特征函数，/>为所述第二电阻器的电流特征函数，i为电流，A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、D1、D2、D3、D4为常数，电流的单位可根据实际情况适应性选择，例如在本实施例中，电流单位为mA。

其中，在本发明的实际实施中，其实际测试的电流驱动条件不限于图3所示出的10种驱动电流，且测试的电流驱动条件越多，在对各元件的电流特征函数的拟合中，可用数据越多，且本发明的LED的电流动态模型建立方法对测试的驱动电流的规格无需做特别限制，便于获得更多的驱动电流i对应的多组元件参数[Ri，Ci，Li，ri]，提高对各元件的电流特性函数进行多项式拟合中的样本数据的数量，提高拟合精度，为LED的电流动态模型的精度提升提供便利。

在可见光通信中，其频率响应特性为一重要通信特征，对应的，在本实施例中，所述目标LED的频率响应函数包括：

；

其中，为流经第一电阻器的电流，/>为目标LED两端电压，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，R为所述第一电阻器的阻值，C为所述电容器的电容值，Z为所述等效电路模型的阻抗；

所述目标LED的电流动态模型包括频率响应电流动态模型，所述频率响应电流动态模型为代入了所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数的所述频率响应函数，对应的，频率响应电流动态模型为：

；

其中，为电流动态频率响应，Z/>为所述等效电路模型的电流动态阻抗。

在一具体实施中，获得的各元件的电流特征函数为：

；

；

；

；

在由此获得的频率响应电流动态模型中代入i=150mA（与图3对应的10种驱动电流均不相同），获得的频率响应特性曲线（对于LED的通信特征，主要关注的是其发光亮度，而其发光亮度主要与等效电路模型中的第一电阻器R上的电流相关，对应本实施例的幅度增益主要与第一电阻器R上的电流与等效电路模型整体两端的电压的比值相关）如图6所示，与在150mA的驱动电流下的频率响应特性的实测数据基本一致。

即本发明提供的LED的电流动态模型建立方法获得的电流动态模型可准确表征LED在各种驱动电流下的频率响应特性，为LED在实际可见光通信中的复杂实际驱动条件下的频率响应性能的研究提供了便利，为可见光通信的实际通信性能的模拟分析提供了便利，有助于可见光通信的实际通信性能的深入研究。

本发明还提供一种LED的电流动态模型建立系统，其设置有校准件设定模块、校准模块、测试模块、模型构建模块和数据处理模块。

其中，校准件设定模块用于根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致。设计目标LED的驱动板，并以此获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，对获得的各校准件的材料、布局和布局精度要求低，且获得出测试数据可有效排除驱动板上的驱动电路对待测LED的影响，在获得相同测试精度、可靠性的实际阻抗数据的情况下，相比于采用专业测试设备的测试，可有效降低专业测试设备的成本，降低研发成本。且对于待测电子元件的不同负载情况，可通过调整负载校准件上的负载灵活适配，可适用于多种电子元件的测试需求。

校准模块用于将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准。可将驱动板上的结构布局影响消除。

测试模块用于将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据。根据设计的校准件对矢量网络分析仪进行校准后，测试获得的目标LED的实际阻抗数据，可有效消除矢量网络分析仪至目标LED之间的传递链路上的物理结构影响，获得的目标LED的实际阻抗数据与目标LED自身的实际特性的匹配性高。

模型构建模块用于根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数。针对目标LED自身的封装结构构建其等效电路模型，可无需考虑驱动板等传递链路的物理结构的影响，获得的等效电路模型更简洁，且与测试获得的实际阻抗数据所表现出的特性的匹配性高。

数据处理模块用于根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型。由于获得的等效电路模型与测试获得的实际阻抗数据的匹配性高，使得处理获得的目标LED的电流动态模型与目标LED的实际特性匹配度高，可有效为可见光通信的动态性能的深入研究提供便利。且获得的等效电路模型更简洁，需要的数据量更少，可降低数据处理工作量，提高研发效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种具体实施方式，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 (8)

1.一种LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，包括：

根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；

将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准；

将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据；

根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数；

根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型；

其中，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数的步骤包括：

根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；

根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型；

其中，在根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数的步骤中，获得与一种电流驱动条件对应的一组元件参数的步骤包括：

根据与目标电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，以及预设的拟合次数，逐次调整所述阻抗函数的各参数，获得多个拟合函数；

将对应的一组实际阻抗数据的频点，作为采样频点，从每一个拟合函数中提取出一组拟合阻抗数据，并计算出每一组拟合阻抗数据与对应的一组实际阻抗数据之间的方差；

将使方差最小的一组拟合阻抗数据对应的拟合函数，作为最终拟合函数，并将所述最终拟合函数的各参数，作为与目标电流驱动条件对应的一组元件参数；

其中，根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数的步骤包括：

从所述多组元件参数中提取出各元件在不同电流驱动条件下的多个电流特征参数，并根据各元件的多个电流特征参数获得各元件的电流特征函数；

根据各元件的多个电流特征参数，分别对各元件的电流特性函数进行多项式拟合，获得各元件的电流动态参数。

2.根据权利要求1所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，所述目标LED的驱动板上设置有正极焊盘、负极覆铜和射频接口，其中，

目标LED连接在所述正极焊盘与所述负极覆铜之间；

所述射频接口焊接固定至所述正极焊盘上，且所述射频接口的正极通过所述正极焊盘与目标LED的正极连接，负极通过所述负极覆铜与目标LED的负极连接。

3.根据权利要求1所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准的步骤，以及根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际电流响应数据的步骤包括：

将矢量网络分析仪的输出端连接至直流偏置器的输入端，以通过所述直流偏置器的输出端与目标LED的驱动板、开路校准件、短路校准件和负载校准件连接。

4.根据权利要求1所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，所述等效电路模型包括依次串联的第一电阻器、电感器和第二电阻器，以及与所述第一电阻器并联的电容器，其中，所述第一电阻器和所述电容器分别对应目标LED的结电阻和结电容，所述电感器和所述第二电阻器分别对应由封装带来的寄生电感和外围结构电阻，其中，在所述根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数的步骤之前还包括：

根据所述实际阻抗数据的离散曲线的走向，获得所述等效电路模型的各元件的初始参数，其中，所述第二电阻器的初始参数根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点获得，所述第一电阻器的初始参数根据所述实际阻抗数据的离散曲线的低频段直线段特征获得，所述电感器的初始参数根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点之后的上升斜率获得，所述电容器的初始参数根据所述实际阻抗数据的离散曲线的最低点之前的衰减段获得。

5.根据权利要求4所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，所述阻抗函数包括：

；

；

其中，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，Z为等效电路模型的阻抗，|Z|为阻抗模，R、C、L、r分别为所述第一电阻器的阻值、所述电容器的电容值、所述电感器的电感值和所述第二电阻器的阻值。

6.根据权利要求5所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，所述各元件的电流特征函数包括：

；

；

；

；

其中，为所述第一电阻器的电流特征函数，/>为所述电容器的电流特征函数，为所述电感器的电流特征函数，/>为所述第二电阻器的电流特征函数，i为电流，A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、D1、D2、D3、D4为常数。

7.根据权利要求6所述的LED的电流动态模型建立方法，其特征在于，所述目标LED的频率响应函数包括：

；

其中，为电流动态频率响应，w=2πf，f为驱动电流的频率，j为虚数单位，Z/>为所述等效电路模型的电流动态阻抗。

8.一种LED的电流动态模型建立系统，其特征在于，包括：

校准件设定模块，用于根据目标LED的尺寸获得目标LED的驱动板，并根据目标LED的驱动板的结构布局，获得与之结构布局相同的开路校准件、短路校准件和负载校准件，且所述开路校准件、短路校准件和负载校准件的开路位置、短路位置和负载设置位置与所述目标LED的设置位置一致；

校准模块，用于将所述开路校准件、短路校准件和负载校准件分别与矢量网络分析仪连接，控制所述矢量网络分析仪分别进行开路校准、短路校准和负载校准；

测试模块，用于将目标LED的驱动板与校准后的矢量网络分析仪连接，根据校准后的矢量网络分析仪获得目标LED的实际阻抗数据；

模型构建模块，用于根据目标LED的封装结构和实际阻抗数据获得目标LED的等效电路模型，并根据所述等效电路模型获得目标LED的阻抗函数；

数据处理模块，用于根据所述实际阻抗数据和所述阻抗函数，获得所述等效电路模型中的各元件的电流动态参数，以根据所述电流动态参数获得目标LED的电流动态模型；

其中，所述数据处理模块还用于根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数；

以及根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数，并结合所述等效电路模型获得目标LED的电流动态模型；

其中，在根据每一种电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，对所述阻抗函数分别进行拟合，获得与多种电流驱动条件一一对应的多组元件参数的步骤中，获得与一种电流驱动条件对应的一组元件参数的步骤包括：

根据与目标电流驱动条件对应的一组实际阻抗数据，以及预设的拟合次数，逐次调整所述阻抗函数的各参数，获得多个拟合函数；

将对应的一组实际阻抗数据的频点，作为采样频点，从每一个拟合函数中提取出一组拟合阻抗数据，并计算出每一组拟合阻抗数据与对应的一组实际阻抗数据之间的方差；

将使方差最小的一组拟合阻抗数据对应的拟合函数，作为最终拟合函数，并将所述最终拟合函数的各参数，作为与目标电流驱动条件对应的一组元件参数；

其中，根据所述多组元件参数拟合获得各元件的电流动态参数的步骤包括：

从所述多组元件参数中提取出各元件在不同电流驱动条件下的多个电流特征参数，并根据各元件的多个电流特征参数获得各元件的电流特征函数；

根据各元件的多个电流特征参数，分别对各元件的电流特性函数进行多项式拟合，获得各元件的电流动态参数。