CN202918301U

CN202918301U - 光接收模块、光信号处理电路

Info

Publication number: CN202918301U
Application number: CN 201220577995
Authority: CN
Inventors: 胡洪; 郭成; 董建飞; 张荣峰
Original assignee: BEIJING SEMICONDUCTOR LIGHTING TECHNOLOGY PROMOTION CENTER
Current assignee: Zhuhai Hengqin Huace Photo-Communication Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型公开了一种光接收模块、光信号处理电路。该光信号处理电路包括：接收电路，用于接收光信号，并将光信号转换为光电压信号；调节电路，与接收电路相连接，用于调节光电压信号，以减小光电压信号的波动；以及输出电路，与调节电路相连接，用于输出调节后的光电压信号。通过本实用新型，在光通信信号传输过程中，将光信号转换为光电压信号时，能够得到较稳定的电压信号。

Description

光接收模块、光信号处理电路

技术领域

本实用新型涉光电通信领域，具体而言，涉及一种光接收模块、光信号处理电路。

背景技术

在通过可见光实现通信信息的传输过程中，一般需要将通信信息编码后转化为光信号，然后由光接收模块将光信号转换为光电压，最后进行解码，将通信信息还原。其中，在将光信号转化为光电压的步骤中，由于光强、光信号传输距离等因素的影响，导致转化后的光电压波动大，稳定性差，进而解码电路无法正常、准确解码，使得通信信息的传输容易出现错误。

针对相关技术中光接收模块将光信号转换为光电压时，转换后电压稳定性差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种光接收模块、光信号处理电路，以解决光接收模块将光信号转换为光电压时，转换后电压稳定性差的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种光信号处理电路。

根据本实用新型的光信号处理电路包括：接收电路，用于接收光信号，并将光信号转换为光电压信号；调节电路，与接收电路相连接，用于调节光电压信号，以减小光电压信号的波动；以及输出电路，与调节电路相连接，用于输出调节后的光电压信号。

进一步地，调节电路包括光敏电阻。

进一步地，调节电路包括：A/D转换电路，用于将光电压信号转换为数字信号；控制器，与A/D转换电路相连接，用于根据数字信号和预存的目标光电压生成调节信号；数字电位器，与控制器相连接，用于根据调节信号调节电位。

进一步地，接收电路包括：光接收二极管，第一端连接电源；以及第一电阻，第一端与光接收二极管的第二端相连接，第一电阻的第二端接地。

进一步地，输出电路包括：第二电阻；比较器，第一端接地，第二端经由第二电阻接地，第三端与调节电路相连接，第四端接电源，第五端为输出端；以及第三电阻，第一端与比较器的第二端相连接，第三电阻的第二端与比较器的第五端相连接。

进一步地，输出电路包括：第四电阻；第五电阻；比较器，第一端接地，第二端经由第四电阻与调节电路相连接，第三端经由第五电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；第六电阻，第一端与比较器的第二端相连接，第六电阻的第二端与比较器的第五端相连接。

进一步地，输出电路包括：第七电阻；第八电阻；比较器，第一端接地，第二端经由第七电阻与调节电路相连接，第三端经由第八电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；第一电容，第一端与比较器的第二端相连接，第一电容的第二端与比较器的第五端相连接。

进一步地，输出电路包括：第二电容；第九电阻；比较器，第一端接地，第二端经由第二电容与调节电路相连接，第三端经由第九电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；第十电阻，第一端与比较器的第二端相连接，第十电阻的第二端与比较器的第五端相连接。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种光接收模块。

根据本实用新型的光接收模块包括本实用新型提供的任意一种光信号处理电路。

通过本实用新型，采用包括以下部分的光信号处理电路：接收电路，用于接收光信号，并将光信号转换为光电压信号；调节电路，与接收电路相连接，用于调节光电压信号，以减小光电压信号的波动；以及输出电路，与调节电路相连接，用于输出调节后的光电压信号，解决了光接收模块将光信号转换为光电压时，转换后电压稳定性差的问题，进而达到了在将光信号转换为光电压信号时，能够得到较稳定的电压信号的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的光信号处理电路的原理框图；

图2是根据本实用新型第一实施例的光信号处理电路的连接示意图；

图3是根据本实用新型第二实施例的光信号处理电路的连接示意图；

图4是根据本实用新型第三实施例的光信号处理电路的连接示意图；

图5是根据本实用新型第四实施例的光信号处理电路的连接示意图；

图6是根据本实用新型第五实施例的光信号处理电路的连接示意图；

图7是根据本实用新型实施例的光信号发送模块的原理框图；

图8是根据本实用新型实施例的光信号发送模块中的调光控制电路的连接示意图；

图9是根据本实用新型实施例的光信号接收模块的原理框图；

图10是根据本实用新型实施例的光信号接收模块的电路连接示意图；以及

图11是根据本实用新型实施例的光信号处理方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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实用新型。

首先介绍本具体实施方式提供的光信号处理电路的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的光信号处理电路的原理框图，该实施例中的光信号处理电路可用于光通信信号传输的光信号接收端，在对信号解码前进行光信号的处理，如图1所示，该处理电路包括接收电路20、调节电路40和输出电路60。

接收电路20用于接收光信号，并将光信号转换为光电压信号，该处的接收电路20可采用包括能够接收光信号的电器元器件的电路。调节电路40与接收电路20相连接，对接收电路20转换得到的光电压信号进行调节，当光信号距离短、光强度强时，减小转换后的光电压，反之，当光信号距离长、光强度弱时，增大转换后的光电压，使得光电压信号的波动减小，从而得到一个相对稳定的电压信号。输出电路60与调节电路40相连接，将调节后的光电压信号输出。

采用该实施例提供的光信号处理电路，在将光信号转换为光电压信号时，能够得到较稳定的电压信号，进而有利于光通信信号传输中信号的解码。

图2是根据本实用新型第一实施例的光信号处理电路的连接示意图，如图2所示，在该实施例中，接收电路包括光接收二极管VD和第一电阻R1，调节电路包括光敏电阻RS，输出电路包括第二电阻R2、第三电阻R3和比较器UIA。

其中，光接收二极管VD的第一端连接电源VCC，第二端经由第一电阻R1接地，第一电阻R1为固定电阻；光敏电阻RS与第一电阻R1并联；比较器UIA的第一端1接地，第二端2经由第二电阻R2接地，第三端3连接至光接收二极管VD与第一电阻R1之间的节点，该节点的电压为光电压U，第四端4连接电源VCC，第五端5为输出端，在比较器UIA的第二端2与第五端5之间连接有第三电阻R3。

该电路的工作原理如下：当接收的光信号距离短、光很强时，光接收二极管VD上产生的电流I较大，但光敏电阻RS随着光信号增强电阻值会减小，光电压节点与地之间的电阻R_total＝(R1*RS)/(R1+RS)，当光敏电阻RS减小时R_total减小，而U＝I*R_total，当I增大时，由于R_total减小，则得到的光电压U波动小，U是一个相对稳定的电压信号。

当接收的光信号距离远、光很弱时，光接收二极管VD上产生的电流I很小，但光敏电阻RS随着光信号减弱电阻值会增大，光电压节点与地之间的电阻R_total＝(R1*RS)/(R1+RS)，当光敏电阻RS增大时R_total增大，而U＝I*R_total，当I减小时，由于R_total增大，则得到的光电压U波动小，U是一个相对稳定的电压信号。

采用该实施例提供的光信号处理电路，在光接收二极管VD的第一电阻R1中配合光敏电阻RS的使用，使光信号处理电路在接收距离波动、强度波动较大的光信号时，均能输出较稳定的光电压信号，将该实施例提供的光信号处理电路用于光接收模块时，能够增大光的接收范围，通过实验调整适当的电阻参数(第一电阻R1和光敏电阻RS)，能够接收的光强度范围为5Lux-1000Lux，并且均能够正常进行信号解码。

图3是根据本实用新型第二实施例的光信号处理电路的连接示意图，如图3所示，在该实施例中，接收电路包括光接收二极管VD和第一电阻R1，调节电路包括光敏电阻RS，输出电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和比较器UIA。

其中，光接收二极管VD的第一端连接电源VCC，第二端经由第一电阻R1接地，第一电阻R1为固定电阻；光敏电阻RS与第一电阻R1并联；比较器UIA的第一端1接地，第二端2经由第四电阻R4连接至光接收二极管VD与第一电阻R1之间的节点，该节点的电压为光电压U，第三端3经由第五电阻R5接地，第四端4连接电源VCC，第五端5为输出端，在比较器UIA的第二端2与第五端5之间连接有第六电阻R6组成负反馈电路。

该电路的工作原理与图2所示实施例调节光电压的工作原理类似，此处不再重复。

图4是根据本实用新型第三实施例的光信号处理电路的连接示意图，如图4所示，在该实施例中，接收电路包括光接收二极管VD和第一电阻R1，调节电路包括光敏电阻RS，输出电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1和比较器UIA。

其中，光接收二极管VD的第一端连接电源VCC，第二端经由第一电阻R1接地，第一电阻R1为固定电阻；光敏电阻RS与第一电阻R1并联；比较器UIA的第一端1接地，第二端2经由第七电阻R7连接至光接收二极管VD与第一电阻R1之间的节点，该节点的电压为光电压U，第三端3经由第八电阻R8接地，第四端4连接电源VCC，第五端5为输出端，在比较器UIA的第二端2与第五端5之间连接有第一电容C1和第七电阻R7组成积分电路。

图5是根据本实用新型第四实施例的光信号处理电路的连接示意图，如图5所示，在该实施例中，接收电路包括光接收二极管VD和第一电阻R1，调节电路包括光敏电阻RS，输出电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容C2和比较器UIA。

其中，光接收二极管VD的第一端连接电源VCC，第二端经由第一电阻R1接地，第一电阻R1为固定电阻；光敏电阻RS与第一电阻R1并联；比较器UIA的第一端1接地，第二端2经由第二电容C2连接至光接收二极管VD与第一电阻R1之间的节点，该节点的电压为光电压U，第三端3经由第九电阻R9接地，第四端4连接电源VCC，第五端5为输出端，在比较器UIA的第二端2与第五端5之间连接有第十电阻R10和第二电容C2组成微分电路。

图6是根据本实用新型第五实施例的光信号处理电路的连接示意图，如图6所示，在该实施例中，接收电路包括光接收二极管VD和第一电阻R1，调节电路包括A/D转换电路、控制器MCU和数字电位器Rf，输出电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12和比较器UIA。

其中，光接收二极管VD的第一端连接电源VCC，第二端经由第一电阻R1接地，第一电阻R1为固定电阻；A/D转换电路的一端连接至光接收二极管VD与第一电阻R1之间的节点，该节点的电压为光电压U，A/D转换电路用于将光电压信号转换为数字信号，控制器MCU与A/D转换电路相连接，将A/D转换电路得到的数字信号和预存的目标光电压进行比较，并根据比较结果生成调节信号，控制器MCU与数字电位器Rf相连接，利用调节信号调节数字电位器的电位；比较器UIA的第一端1接地，第二端2经由第十一电阻R11接地，第三端3连接至光电压节点，第四端4连接电源VCC，第五端5为输出端，在比较器UIA的第二端2与第五端5之间连接有第十二电阻R12，组成反馈电路。

该电路的工作原理如下：光信号处理电路开始工作时，控制器MCU给数字电位器Rf一个初始值，数字电位器Rf与第一电阻R1并联，当光接收二极管VD接收到光信号时，产生电流I通过第一电阻R1得到光电压U，通过A/D转换电路将光电压信号转换为数字信号，将需要的光电压U值预存在控制器MCU中，控制器MCU根据预存的电压值和A/D转换电路的输出值，生成相应的调节信号，以增大或者减小数字电位器Rf的阻值，具体地，当接收的光信号距离短、光很强时，减小数字电位器Rf的阻值，当接收的光信号距离远、光很弱时，增大数字电位器Rf的阻值。

采用该实施例提供的光信号处理电路，在光接收二极管VD的第一电阻R1中配合数字电位器Rf的使用，使光信号处理电路在接收距离波动、强度波动较大的光信号时，均能输出较稳定的光电压，将该实施例提供的光信号处理电路用于光接收模块时，能够增大光的接收范围。

需要说明的是，上述各实施例中的接收电路、调节电路和放大输出电路的具体实现均可相互组合，组合所得到的光信号处理电路均在本实用新型的保护范围之内。

其次介绍本具体实施方式提供的光接收模块的实施例。

在通过可见光进行通信信号的传输过程中，在光发送模块一端将待发送的信息(例如地址编码、控制指令等信息)编码为光信号，通过灯具(例如LED照明灯)发送，在光接收模块一端通过光接收装置接收后，转换为光电压信号，以使解码电路进行解码。

光发送模块可采用如图7所示的光信号发送模块，该光信号发送模块包括AC/DC转换电路、LED驱动电路、总线控制电路、MCU、调光控制电路以及LED灯。

其中，AC/DC转换电路将220V交流电压转换为直流电压，该电路可以通过变压器实现，也可通过开关电源实现；通过LED驱动电路将转换后的直流电压进一步转换为恒流电压提供给LED灯；总线控制电路可用于传输控制信息来控制LED灯的亮度；调光控制电路接收到总线传输的信息，产生控制LED的PWM调光电压信号。为了满足光信号的发射要求，进一步地，总线控制电路还用于传输待发送的通信信息，总线控制电路将待发送的通信信息发送给MCU，MCU接收到通信信息，并将其编辑为光编码信号，调光控制电路根据编码信号控制照明LED发光，从而将通信信息以光信号的形式从LED灯发送出去，完成了光发送模块的功能。需要说明的是，在不发送通信信息时，调光控制电路同样具有调节LED灯亮度的功能。

在图7所示的实施例中，调光控制电路可采用如图8所示的电路实现。如图8所示，该电路包括四个电阻和两个MOS管Q1，其中，第一MOS管Q1的第一端连接MCU，第二端经由第十四电阻R14连接电源，第三端接地；第二MOS管Q2的第一端连接至第一MOS管Q1与第十四电阻R14之间的节点，第二端连接至LED灯D2，第三端经由第十六电阻R16接地；第十三电阻R13的一端接电源，另一端与第一MOS管Q1的第一端相连接；第十五电阻R15的一端接地，另一端连接至第一MOS管Q1的第二端与第二MOS管Q2的第一端之间的节点。

采用该调光控制电路，通过MOS管放大来驱动LED，产生高频闪烁光，发送光信号。

光接收模块可采用如图9所示的光信号接收模块，该光接收模块用于光通信信号传输中的信号接收端，将接收到的光信号转换为光电压信号，并将转换后的光电压信号进行放大，放大后通过整形得到稳定的方波信号，以使解码电路进行解码，如图9所示，该光信号接收模块包括光信号处理电路、放大电路和比较整形电路。

其中，光信号处理电路用于接收光信号，并将接收到的光信号转换为光电压信号；放大电路与光信号处理电路相连接，用于将光信号处理电路输出的光电压信号放大；比较整形电路将放大后的电压信号与阈值电压信号进行比较，得到一个稳定的方波信号，以使解码电路进行解码。

具体地，该光信号接收模块可通过图10所示的电路实现。如图10所示，光信号处理电路包括光接收电路和前置放大电路，其中，光接收电路包括光接收二极管D1、光敏电阻RS和第二电阻R2，前置放大电路包括第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4和第一比较器UIA；放大电路包括第二电容C2、第五电阻R5、第六电阻R6、第八电阻R8和第二比较器UIB；比较整形电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第三比较器UIC。

具体地，各电路的连接关系以及输出的信号分别介绍如下：

光接收电路中的光接收二极管D1的一端接电源，另一端经由光敏电阻RS和第二电阻R2构成的并联电路接地，其中，光接收二极管D1将接收到的光信号通过并联电路转换为光电压，由于光敏电阻RS阻值随光照强度变化的特性，使得光接收电路输出的电压信号是波动小、稳定的电压信号；

前置放大电路中的第一比较器UIA的11端接地，2端经由第三电阻R3接地，3端经由第一电容C1连接光接收电路、4端接电源，1端为输出端，其中，在2端与1端之间连接有第四电阻R4，前置放大电路将较弱的电压信号进行初步的放大；

放大电路中的第二比较器UIB的5端经由第二电容C2连接前置放大电路，6端经由第七电阻R7接地，7端为输出端，其中，在6端与7端之间连接有第八电阻R8，第五电阻R5的一端接电源，另一端连接在第二电容C2与第二比较器UIB的5端之间的节点，第六电阻R6的一端也连接在该节点，另一端接地，放大电路通过第二电容C2耦合到电压信号，由于第二电容C2耦合到的电压通过第五电阻R5和第六电阻R6分压得到一个稳定的直流电压，随一稳定直流电压上下波动，进而通过第二比较器UIB做放大处理，输出放大信号；

比较整形电路的第三比较器UIC的9端经由第十一电阻R11接地，10端与放大电路相连接，8端为输出端，其中，在8端与9端之间连接有第十二电阻R12，第十电阻R10的一端接电源，另一端连接至第三比较器UIC的9端与第十一电阻R11之间的节点，第九电阻R9的一端接地，另一端连接至第三比较器UIC的10端与放大电路之间的节点，比较整形电路将放大电路输出的电压信号与预置的电压信号做比较，输出一个稳定的方波信号，给后续的解码电路做解码使用。

该实施例中的光信号处理电路可采用图2至图6中任意实施例所提供的电路，在将光信号转换为光电压信号后，对光电压信号进行调节，使得调节后的光电压信号波动小，是相对稳定的电压信号。放大电路设置于该光信号处理电路之后，对调节后的光电压信号进行放大，有利于光电压信号的解码。

最后介绍本具体实施方式提供的光信号处理方法的实施例。

图11是根据本实用新型实施例的光信号处理方法的流程图，如图11所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S106。

步骤S102：接收光信号，并将光信号转换为光电压信号，该步骤可通过能够将光信号转换为电压信号的电器元器件或电路实现。

步骤S104：调节光电压信号，以减小光电压信号的波动，具体地，当光信号距离短、光强度强时，光电压较大，此时减小转换后的光电压，反之，当光信号距离长、光强度弱时，光电压较小，此时增大转换后的光电压，使得光电压信号的波动减小，从而得到一个相对稳定的电压信号。

步骤S106：输出调节后的光电压信号。

采用该实施例提供的光信号处理方法，在将光信号转换为光电压信号时，能够得到较稳定的电压信号，进而有利于光通信信号传输中信号的解码。

优选地，在实现步骤S104时，通过光敏电阻调节光电压信号。光敏电阻的特性为随光强度增强阻值减小，因而，在通过光敏电阻调节光电压信号时，将光敏电阻与产生光电压的电阻并联，当光信号距离短、光强度强时，光敏电阻的阻值自动减小，使得光电压减小，当光信号距离长、光强度弱时，光敏电阻的阻值自动增大，使得光电压增大，从而能够自动得到一个相对稳定的电压信号。

优选地，在实现步骤S104时，首先将光电压转换为数字信号，然后根据数字信号和预存的目标光电压生成调节信号，最后根据调节信号调节光电压信号。采用该优选实施例，将转换后的光电压与预存的目标光电压进行比较，当光信号距离短、光强度强时，转换后的光电压增大，大于预存的目标光电压，此时生成减小光电压的调节信号，通过执行电路使得光电压减小；当光信号距离长、光强度弱时，转换后的光电压减小，小于预存的目标光电压，此时生成增大光电压的调节信号，通过执行电路使得光电压增大，从而保证调节后的光电压与目标光电压相一致，从而能够自动得到一个相对稳定的电压信号

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了如下技术效果：光信号处理电路在接收距离波动、强度波动较大的光信号时，均能输出较稳定的光电压，从而应用于可见光通信中，能够自动调整光强度，达到光接收范围广、解码准确的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种光信号处理电路，其特征在于，包括：

接收电路，用于接收光信号，并将所述光信号转换为光电压信号；

调节电路，与所述接收电路相连接，用于调节所述光电压信号，以减小所述光电压信号的波动；以及

输出电路，与所述调节电路相连接，用于输出调节后的光电压信号。

2.根据权利要求1所述的光信号处理电路，其特征在于，所述调节电路包括光敏电阻。

3.根据权利要求1所述的光信号处理电路，其特征在于，所述调节电路包括：

A/D转换电路，用于将所述光电压信号转换为数字信号；

控制器，与所述A/D转换电路相连接，用于根据所述数字信号和预存的目标光电压生成调节信号；

数字电位器，与所述控制器相连接，用于根据所述调节信号调节电位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光信号处理电路，其特征在于，所述接收电路包括：

光接收二极管，第一端连接电源；以及

第一电阻，第一端与所述光接收二极管的第二端相连接，所述第一电阻的第二端接地。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光信号处理电路，其特征在于，所述输出电路包括：

第二电阻；

比较器，第一端接地，第二端经由所述第二电阻接地，第三端与所述调节电路相连接，第四端接电源，第五端为输出端；以及

第三电阻，第一端与所述比较器的第二端相连接，所述第三电阻的第二端与所述比较器的第五端相连接。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光信号处理电路，其特征在于，所述输出电路包括：

第四电阻；

第五电阻；

比较器，第一端接地，第二端经由所述第四电阻与所述调节电路相连接，第三端经由所述第五电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；

第六电阻，第一端与所述比较器的第二端相连接，所述第六电阻的第二端与所述比较器的第五端相连接。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光信号处理电路，其特征在于，所述输出电路包括：

第七电阻；

第八电阻；

比较器，第一端接地，第二端经由所述第七电阻与所述调节电路相连接，第三端经由所述第八电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；

第一电容，第一端与所述比较器的第二端相连接，所述第一电容的第二端与所述比较器的第五端相连接。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的光信号处理电路，其特征在于，所述输出电路包括：

第二电容；

第九电阻；

比较器，第一端接地，第二端经由所述第二电容与所述调节电路相连接，第三端经由所述第九电阻接地，第四端接电源，第五端为输出端；

第十电阻，第一端与所述比较器的第二端相连接，所述第十电阻的第二端与所述比较器的第五端相连接。

9.一种光接收模块，其特征在于，包括：

权利要求1至8中任一项所述的光信号处理电路；以及

放大电路，与所述光信号处理电路相连接，用于将所述光信号处理电路调节后的光电压放大。