一种跨阻补偿式可见光通信接收机制造技术

一种跨阻补偿式可见光通信接收机，包括依次连接的：用于将输入的可见光信号转换成电流信号的可见光检测器、用于将可见光检测器输出的电流信号转换成电压信号的跨阻前置放大器，用于将跨阻前置放大器输出的电压信号放大到数字处理单元所需要的电压水平的限幅放大器以及用于提供数字电压水平的电压信号的输出缓冲级，其中，所述跨阻前置放大器的输入端依次通过一个反馈电阻和一个反馈电感连接到跨阻前置放大器的输出端，所述输出缓冲级的输出构成输出端。本发明专利技术采用了标准CMOS工艺，实现了可见光接收机带宽的展宽，使可见光通信系统向集成化迈出重要一步。本发明专利技术可将光通信系统与半导体通信芯片产业相结合，用于可见光通信的芯片将为整个通信芯片行业注入新的活力。

A transimpedance compensation type visible light communication receiver

A transimpedance compensation type visible light communication receiver comprises: for the input optical signal into a current signal detector for visible light, visible light detector output current signal is converted into a voltage signal of the transimpedance amplifier, limiting amplifier for voltage signal transimpedance amplifier output zoom into digital voltage levels required for processing unit and the output buffer, the voltage signal with digital voltage level for which the transimpedance amplifier input sequentially through a feedback resistor and a feedback inductor connected to the output terminal of the transimpedance amplifier, the output of the output buffer form the output terminal. The invention adopts the standard CMOS technology, realizes the broadening of the bandwidth of the visible light receiver, and makes the visible light communication system an important step towards the integration. The invention can combine the optical communication system with the semiconductor communication chip industry, and the chip for the visible light communication will inject new vitality into the whole communication chip industry.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信接收机。特别是涉及一种采用CMOS工艺实现可见光波段的接收机集成的跨阻补偿式可见光通信接收机。
技术介绍
可见光通信（VisibleLightCommunication，简称VLC），作为一种无线通信领域新兴的技术，是在白光LED技术的基础上发展起来的。白光LED现在已经被广泛应用于信号发射，显示照明等领域，和传统的照明光源相比，白光LED是一种杰出的绿色照明光源，它的亮度高、尺寸小、功耗低、驱动容易、使用寿命长、绿色环保，特别是响应灵敏度很高，拥有良好的调制特性，因此可以用来进行数据通信。利用装有收发信号终端的电脑及移动终端，只要在灯光照到的地方，就可以随时下载和上传高清图像和动画等数据。目前，VLC系统都是由分立的光学器件和分离的电学器件或者多个通用集成电路组装而成的，这种系统体积巨大，组装调制复杂，造价昂贵，这使得可见光通信只能停留在实验室和高端应用场合阶段，无法广泛的普及。随着可见光通信应用的普及，可见光通信专用的集成电路研究成为了研究的热点。高集成度可见光通信芯片具有高速率、高可靠性、小体积、轻重量以及低成本的优势，可以加速可见光通信应用的步伐。虽然VLC技术已经成为当前国际研究的热点，但是VLC技术的发展也存在着一些限制因素，其中最主要的挑战在于信号传输速率的提升。可见光探测器有限的带宽大大限制了可见光通信系统的速率，致使VLC系统无法短时间内在日常生活中投入使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够提高调制带宽，从而提高通信速率的跨阻补偿式可见光通信接收机。本专利技术所采用的技术方案是：一种跨阻补偿式可见光通信接收机，包括依次连接的：用于将输入的可见光信号转换成电流信号的可见光检测器、用于将可见光检测器输出的电流信号转换成电压信号的跨阻前置放大器，用于将跨阻前置放大器输出的电压信号放大到数字处理单元所需要的电压水平的限幅放大器以及用于提供数字电压水平的电压信号的输出缓冲级，其中，所述跨阻前置放大器的输入端依次通过一个反馈电阻和一个反馈电感连接到跨阻前置放大器的输出端，所述输出缓冲级的输出构成输出端。所述的反馈电阻和反馈电感是由螺旋状金属条构成，所述螺旋状金属条的电阻值等于所述的反馈电阻的电阻值，所述螺旋状金属条的电感值等于所述的反馈电感的电感值，所述螺旋状金属条的一个引出电极连接所述跨阻前置放大器的输入端，所述螺旋状金属条的另一个引出电极连接所述跨阻前置放大器的输出端。本专利技术的一种跨阻补偿式可见光通信接收机，采用了标准CMOS工艺，实现了可见光接收机带宽的展宽，使可见光通信系统向集成化迈出重要一步。本专利技术可将光通信系统与半导体通信芯片产业相结合，用于可见光通信的芯片将为整个通信芯片行业注入新的活力。本专利技术具有如下突出的优点：1、本专利技术的跨阻补偿式光接收机采用具有频率补偿功能的反馈网络代替了通常的跨接在跨阻前置放大器的输入端与输出端之间的电阻，该跨阻反馈网络大大提高了可见光接收机的带宽，从而使可见光接收机具备更大的速度到灵敏度折衷裕量，提高了可见光接收机的整体性能。2、本专利技术的跨阻补偿式可见光接收机与标准CMOS工艺完全兼容的，其即可采用射频标准CMOS工艺来实现光电单片集成，也可采用硅基标准CMOS工艺来实现光电单片集成。采用标准CMOS工艺，使可见光通信系统芯片化，使用成熟先进的半导体工艺CMOS技术，代替了现有的通过分立元器件的方式搭建的可见光通信系统，实现了系统的高度集成化，减小了系统体积，降低了成本。为可见光通信的芯片行业注入新的活力。3、与现有的可见光接收机相比，本专利技术的跨阻补偿式光接收机未导致任何成本的增加。基于新兴的可见光通信技术，实现了可见光环境下的数据接收功能，与传统的射频通信技术相比，具有适用性广，抗干扰保密性强，无电磁辐射对人体无害等优点，在危险品存放和特殊场所物品检测方面有诸多优势。附图说明图1是本专利技术一种跨阻补偿式可见光通信接收机的构成框图；图2是本专利技术中由反馈电阻Rf和反馈电感Lf组成的反馈网络的版图结构俯视图；图3是本专利技术中由反馈电阻Rf和反馈电感Lf组成的反馈网络的版图的等效电路模型。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种跨阻补偿式可见光通信接收机做出详细说明。本专利技术的一种跨阻补偿式可见光通信接收机，提供的是一种可与标准CMOS工艺完全兼容的、并可实现单片集成的可见光接收机。如图1所示，本专利技术的一种跨阻补偿式可见光通信接收机，包括依次连接的：用于将输入的可见光信号转换成电流信号的可见光检测器PD、用于将可见光检测器PD输出的电流信号转换成电压信号的跨阻前置放大器TIA，用于将跨阻前置放大器TIA输出的电压信号放大到数字处理单元所需要的电压水平的限幅放大器LMA以及用于提供数字电压水平的电压信号的输出缓冲级OB，其中，所述跨阻前置放大器TIA的输入端依次通过一个反馈电阻Rf和一个反馈电感Lf连接到跨阻前置放大器TIA的输出端，所述输出缓冲级OB的输出构成输出端out，能够提供足够大的驱动能力和实现与后续电路或测试设备的匹配。除跨阻前置放大器外，本专利技术一种跨阻补偿式可见光通信接收机中的各个单元与通常的光接收机中的各个单元的电路结构和功能都是相同的。它们的唯一不同之处在于：在该可见光接收机中的跨阻前置放大器部分，用由反馈电阻Rf和反馈电感Lf构成的串联电路代替了通常的、跨接在跨阻前置放大器的输入端与输出端之间的电阻。对于跨接电阻阻值较大的跨阻前置放大器，其小信号跨阻增益与跨接电阻的阻值是成正比的。实际上，该跨接电阻也是一个反馈网络。若对此反馈网络的小信号等效阻抗特性进行频率补偿，提高其等效的高频小信号阻抗值，则可改善跨阻前置放大器的跨阻增益的频率特性，提高跨阻前置放大器的带宽。由于在通常的跨阻反馈网络中加入了一个反馈电感Lf，而反馈电感的阻抗值与频率是呈线性关系增大的，因而跨阻反馈网络的等效阻抗值也频域的增加而线性增加。尤其是在高频域，跨阻反馈网络的等效阻抗值的增加量已可与其低频量相比拟。故反馈电感Lf的增加可有效减弱跨阻前置放大器的跨阻增益在中高频由于极点影响而下降的现象，进而大大提高可见光接收机的带宽。由于单片标准CMOS可见光通信集成接收机已是目前学者们研究的一个热点问题，它是可见光接收机的未来发展趋势。所以，能否采用标准CMOS工艺来实现本专利技术的可见光接收机的光电单片集成也是非常重要的。对于可见光接收机中除电感外的其它元器件，目前已均可采用标准CMOS工艺来实现，因而，限制本专利技术的可见光接收机的标准CMOS实现的要点在于电感的制造。通常，射频标准CMOS工艺均提供了平面螺旋电感工艺，故可采用射频标准CMOS工艺来实现该可见光接收机光电单片集成。此外，本专利技术也提出了一种利用普通的标准CMOS工艺来同时制造和实现反馈电阻Rf和反馈电感Lf的方案，所述的反馈电阻Rf和反馈电感Lf，使本专利技术的跨阻补偿式可见光通信接收机，可以采用带平面螺旋电感的射频标准CMOS工艺来实现光电单片集成。所述的跨阻补偿式可见光通信接收机也可采用普通的标准CMOS工艺来实现光电单片集成。利用螺旋状的金属条来同时实现反馈电阻Rf和反馈电感Lf，如图2所示，所述的反馈电阻Rf和反馈电感Lf是由螺旋状金属条构成，所述螺旋状金属条的电阻值等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨阻补偿式可见光通信接收机，其特征在于，包括依次连接的：用于将输入的可见光信号转换成电流信号的可见光检测器(PD)、用于将可见光检测器(PD)输出的电流信号转换成电压信号的跨阻前置放大器(TIA)，用于将跨阻前置放大器(TIA)输出的电压信号放大到数字处理单元所需要的电压水平的限幅放大器(LMA)以及用于提供数字电压水平的电压信号的输出缓冲级(OB)，其中，所述跨阻前置放大器(TIA)的输入端依次通过一个反馈电阻(Rf)和一个反馈电感(Lf)连接到跨阻前置放大器(TIA)的输出端，所述输出缓冲级(OB)的输出构成输出端(out)。

【技术特征摘要】
1.一种跨阻补偿式可见光通信接收机，其特征在于，包括依次连接的：用于将输入的可见光信号转换成电流信号的可见光检测器(PD)、用于将可见光检测器(PD)输出的电流信号转换成电压信号的跨阻前置放大器(TIA)，用于将跨阻前置放大器(TIA)输出的电压信号放大到数字处理单元所需要的电压水平的限幅放大器(LMA)以及用于提供数字电压水平的电压信号的输出缓冲级(OB)，其中，所述跨阻前置放大器(TIA)的输入端依次通过一个反馈电阻(Rf)和一个反馈电感(Lf)连接到跨阻前置放大器(TI...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛陆虹，闫冬，谢生，肖谧，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12