CN204498130U - 光电转换电路及光信号接收机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电转换电路及光信号接收机。一种光电转换电路，包括一级放大电路、二级放大电路和比较输出电路，其中，一级放大电路用于接收光信号，并将所述光信号转换成电压信号；二级放大电路，与一级放大电路串联连接，用于接收所述电压信号，并对其进行放大输出；比较输出电路，与二级放大电路串联连接，用于接收放大后的电压信号，并进行整形输出。本实用新型提供的光电转换电路结构简单，性能良好，成本低，可以满足非对准可见光通信和白光LED光通信的需求。
Description
技术领域
本实用新型设计涉及LED可见光通信领域，具体设计一种基于运算放大器的光电转换电路及光信号接收机。
背景技术
可见光通信技术利用可见光作为媒质进行数据传输。该技术可以利用可见光相当丰富的频谱资源，无需无线电频率验证。可见光的辐射范围可控，因此该技术不受电磁辐射干扰，具有安全、保密，信息不易被窃取的优点。同时，该技术不对外辐射电磁波，可见光对人眼俺去，具有绿色环保的优点。此外，该技术可以同时满足通信和照明的需求，具有节能环保，减少工程量的优点。
在可见光通信技术中，在发射端通过将处理过的信号调制到可见光光源上，从而将信号以可见光的形式发射出去，在接收端通过光电转换器件和后级电路实现光电转换，恢复信号。按通信光学链路来分，可见光通信可以分为对准可见光通信和非对准可见光通信；按LED光源分，可见光通信可以分为白光LED通信和单色光LED通信。对准可见光通信具有极强的方向性，应用范围有限，而非对准可见光通信显得更为灵活。单色光LED通信不普遍，容易造成光污染，而白光LED广泛应用于各个方面，容易普及。为了更好地实现采用白光LED的非对准可见光通信，就得提高光信号接收端的光电转换的灵敏度和准确度，而光电转换电路在此起着至关重要的作用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以灵敏度和准确度高且成本和复杂度小的光电转换电路及光信号接收机。
根据本实用新型的一方面，提供一种光电转换电路，所述电路包括 一级放大电路、二级放大电路和比较输出电路，其中，一级放大电路用于接收光信号，并将所述光信号转换成电压信号；二级放大电路，与一级放大电路串联连接，用于接收所述电压信号，并对其进行放大输出；比较输出电路，与二级放大电路串联连接，用于接收放大后的电压信号，并进行整形输出。
优选地，所述一级放大电路包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给；光电二极管，其阳极端与第一运算放大器的同相输入端相连，且同时接地，阴极端与第一运算放大器的反相输入端、第一电阻的一端以及第一电容的一端相连；第一电阻和第一电容，并联连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。
优选地，所述第一电阻用于调节电流转换成电压的放大倍数，所述第一电容用于抑制信号的纹波。
优选地，所述一级放大电路还包括光电二极管阵列，由多个光电二极管串联。
优选地，所述二级放大电路包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收VCC/2的电压；第二电阻，连接在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；第二电容和第三电阻，串联连接在一级放大电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的反相输入端之间；第四电阻，连接在VCC/2的电压和第二运算放大器的同相输入端之间。
优选地，所述第四电阻的阻值与所述第二电阻和所述第三电阻并联后的阻值相等。
优选地，所述比较输出电路包括：
第三运算放大器，所述第三运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收比较电压，反相输入端连接二级放大电路中第二运算放大器的输出端。
根据本实用新型的另一方面，提供一种光信号接收机，所述光信号接收机包括光电转换电路和光接收模块，其中，所述光电转换电路用于接收光信号，将所述光信号转换成电压信号；所述光接收模块用于接收 所述光电转换电路输出的电压信号。
优选地，所述光电转换电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较输出电路，其中，一级放大电路用于接收光信号，并将所述光信号转换成电压信号；二级放大电路，与一级放大电路串联连接，用于接收所述电压信号，并对其进行放大输出；比较输出电路，与二级放大电路串联连接，用于接收放大后的电压信号，并进行整形输出。
优选地，所述一级放大电路包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给；光电二极管，其阳极端与第一运算放大器的同相输入端相连，且同时接地，阴极端与第一运算放大器的反相输入端、第一电阻的一端以及第一电容的一端相连；第一电阻和第一电容，并联连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。
优选地，所述第一电阻用于调节电流转换成电压的放大倍数，所述第一电容用于抑制信号的纹波。
优选地，所述一级放大电路还包括光电二极管阵列，由多个光电二极管串联。
优选地，所述二级放大电路包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收VCC/2的电压；第二电阻，连接在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；第二电容和第三电阻，串联连接在一级放大电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的反相输入端之间；第四电阻，连接在VCC/2的电压和第二运算放大器的同相输入端之间。
优选地，所述第四电阻的阻值与所述第二电阻和所述第三电阻并联后的阻值相等。
优选地，所述比较输出电路包括：第三运算放大器，所述第三运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收比较电压，反相输入端连接二级放大电路中第二运算放大器的输出端。
根据本实用新型的光电转换电路，结构简单，性能良好，成本低，可以满足非对准可见光通信和白光LED光通信的需求。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为根据本实用新型的光电转换电路的电路原理图；
图2为根据本实用新型的光信号接收机的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的几个优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。
为了提高光电转换的灵敏度和准确度的同时降低光电转换电路的成本和复杂度，本实用新型提供了一种基于运算放大器的光电转换电路。
图1为根据本实用新型的光电转换电路的电路原理图。所述光电转换电路100包括一级放大电路101、二级放大电路102和比较输出电路103，电路主要由光电二极管、运算放大器、电阻、电容等元器件组成。
其中，一级放大电路101包括：接受单电源VCC供给的运算放大器OA1，采用单端工作方式。同相输入端接地，反相输入端接收光电流，输出端输出Vout1。
一级放大电路101还包括光电二极管PD、电阻R1、电容C1。
其中，光电二极管PD的阳极端与运算放大器OA1的同相输入端相连，且同时接地，阴极端与运算放大器OA1的反相输入端、电阻R1的第一端以及电容C1的第一端相连；
电阻R1的第一端以及电容C1的第一端与运算放大器OA1的反相输入端相连，电阻R1的第二端以及电容C1的第二端与运算放大器OA1的输出端相连。
在一级放大电路101中，光电二极管PD用于实现光信号的接收， 然后将其转换成电流信号，并输入到运算放大器OA1，OA1与电阻R1和电容C1组成跨阻放大电路，将电流信号转换为电压信号，然后将电压信号输出到二级放大电路102。其中，通过调节R1的大小可以调节电流到电压的放大倍数，通过调节C1的大小抑制信号的纹波。
在优选的实施例中，可以使用多个光电二极管PD组成阵列以增强光电流。
二级放大电路102包括：接收单电源VCC供给的运算放大器OA2，采用单端工作方式。反相输入端接收一级放大电路的输出Vout1，同相输入端接收电压VCC/2，输出端输出Vout2。
二级放大电路102还包括电容C2以及电阻R2至R4。电容C2和电阻R3串联连接在一级放大电路101的输出端Vout1和运算放大器OA2的反相输入端之间；电阻R2连接在运算放大器OA2的反相输入端和输出端之间；电阻R4连接在电压VCC/2和运算放大器OA2的同相输入端之间。
二级放大电路102用于实现电压信号的放大。电容C2用于对输入的电压信号进行高通滤波，通过调节C2的大小可以调节高通滤波的截止频率和对环境光强变化的响应速度。信号放大采用反相放大，通过调节电阻R2和R3的大小可以调节增益系统，增益G＝1+R2/R3。电阻R4为平衡电阻，R4的大小为R2和R3并联后的阻值。
比较输出电路103包括接收单电源VCC供给的运算放大器OA3，采用单端工作方式。反相输入端接收二级放大电路102的输出Vout2，同相输入端接收比较电压Vcompare，输出端输出OUTPUT。
比较输出电路103用于实现电压信号的整形。通过调节Vcompare可以调节输出信号的波形，整形后的信号可输出至处理器进行数字信号处理。
本实用新型提供的基于运算放大器的光电转换电路，结构简单，性能良好，成本低，可以满足非对准可见光通信和白光LED光通信的需求。
图2为根据本实用新型的光信号接收机的结构示意图。所述光信号接收机包括光电转换电路100和光接收模块200。
所述光电转换电路100用于接收光信号，将所述光信号转换成电压信号；
所述光接收模块200用于接收所述光电转换电路输出的电压信号。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，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实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种光电转换电路，其特征在于，所述电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较输出电路，其中，一级放大电路用于接收光信号，并将所述光信号转换成电压信号；二级放大电路，与一级放大电路串联连接，用于接收所述电压信号，并对其进行放大输出；比较输出电路，与二级放大电路串联连接，用于接收放大后的电压信号，并进行整形输出。
2.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述一级放大电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给；
光电二极管，其阳极端与第一运算放大器的同相输入端相连，且同时接地，阴极端与第一运算放大器的反相输入端、第一电阻的一端以及第一电容的一端相连；
第一电阻和第一电容，并联连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。
3.根据权利要求2所述的光电转换电路，其特征在于，所述第一电阻用于调节电流转换成电压的放大倍数，所述第一电容用于抑制信号的纹波。
4.根据权利要求2所述的光电转换电路，其特征在于，所述一级放大电路还包括光电二极管阵列，由多个光电二极管串联。
5.根据权利要求2所述的光电转换电路，其特征在于，所述二级放大电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收VCC/2的电压；
第二电阻，连接在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；
第二电容和第三电阻，串联连接在一级放大电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的反相输入端之间；
第四电阻，连接在VCC/2的电压和第二运算放大器的同相输入端之 间。
6.根据权利要求5所述的光电转换电路，其特征在于，所述第四电阻的阻值与所述第二电阻和所述第三电阻并联后的阻值相等。
7.根据权利要求5所述的光电转换电路，其特征在于，所述比较输出电路包括：
第三运算放大器，所述第三运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给，同相输入端接收比较电压，反相输入端连接二级放大电路中第二运算放大器的输出端。
8.一种光信号接收机，其特征在于，所述光信号接收机包括光电转换电路和光接收模块，
其中，所述光电转换电路用于接收光信号，将所述光信号转换成电压信号；
所述光接收模块用于接收所述光电转换电路输出的电压信号。
9.根据权利要求8所述的光信号接收机，其特征在于，所述光电转换电路包括一级放大电路、二级放大电路和比较输出电路，其中，一级放大电路用于接收光信号，并将所述光信号转换成电压信号；二级放大电路，与一级放大电路串联连接，用于接收所述电压信号，并对其进行放大输出；比较输出电路，与二级放大电路串联连接，用于接收放大后的电压信号，并进行整形输出。
10.根据权利要求9所述的光信号接收机，其特征在于，所述一级放大电路包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器具有同相输入端、反相输入端和输出端，接收单电源VCC供给；
光电二极管，其阳极端与第一运算放大器的同相输入端相连，且同时接地，阴极端与第一运算放大器的反相输入端、第一电阻的一端以及第一电容的一端相连；
第一电阻和第一电容，并联连接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间。
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