一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器制造技术

技术编号:16399944 阅读:358 留言:0更新日期:2017-10-17 20:04
本实用新型专利技术公开了一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,包括电源去耦电路、光电二极管、光电二极管的偏置滤波电路、运算放大器、运算放大器的偏置补偿电路、运算放大器的反馈网络和输出阻抗匹配电路;光电二极管负端接在运算放大器的反相输入端。本实用新型专利技术通过设置反馈网络中反馈电阻和电容的值,使光电接收器的传输特性曲线在高频部分出现一个增益峰值,利用这个峰值提高接收器对于LED的高频响应增益,从而提高响应曲线平坦度、拓展带宽。本实用新型专利技术侧重光电接收器上的优化设计,不需要额外的后均衡电路,电路结构简单、成本较低,而且由于所需元器件较少可实现较高的集成度。

A photoelectric receiver for improving high frequency gain in visible light communication

The utility model discloses a photoelectric receiver for improving visible optical communication high frequency gain, including power decoupling circuit, photoelectric diode, photodiode bias filter circuit, operational amplifier, amplifier bias compensation circuit, operational amplifier and feedback network output impedance matching circuit; photoelectric diode negative termination in inverting input the end of the operational amplifier. The utility model is provided with a feedback resistor and capacitor feedback value in network, the transmission characteristic curve of photoelectric receiver is a peak gain in high frequency, improve the receiver for LED high frequency response gain by using this peak, so as to improve the response curve of flatness, bandwidth expansion. The utility model focuses on the optimization design of the photoelectric receiver, and does not need an additional post equalization circuit. The circuit has simple structure and low cost, and can achieve higher integration degree because of less components needed.

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器
本技术用于可见光通信技术,具体涉及用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器。
技术介绍
LED可见光通信信号在高频上有较大的衰减,使得系统的传输特性曲线具有较高的低频响应。因此,目前后均衡电路采用的主要技术是采用电阻‐电容并联模块,削减光电接收器的低频响应,从而提高系统响应曲线的平坦度、拓展带宽,这种方案极大地降低了系统的整体响应增益,降低了信噪比。为了解决这个问题,需要在光电接收器后再增加一个有源放大电路和增益平衡电路,使得电路较为复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足,提供一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,具体技术方案如下。一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其包括电源去耦电路、光电二极管、光电二极管的偏置滤波电路、运算放大器、运算放大器的偏置补偿电路、运算放大器的反馈网络和输出阻抗匹配电路;光电二极管负端接在运算放大器的反相输入端。进一步实施地,所述电源去耦电路包括+5V、‐5V、地共三个电平以及跨接在地与两个电平之间的正电压去耦电容和负电压去耦电容;所述正电压去耦电容包含分别接在+5V和地之间的一个10uF~100uF的电容和一个10nF~100nF的电容;所述负电压去耦电容包含分别接在‐5V和地之间的一个10uF~100uF的电容和一个10nF~100nF的电容。进一步实施地,所述光电二极管的偏置滤波电路中,在光电二极管的正端和‐5V电压之间接入滤波电阻RB,在光电二极管的正端和地之间接入电容CB。进一步实施地,满足RB<<RF,CB>>CS,其中RF是运算放大器的反馈网络的反馈电阻;Cs是光电接收器的输入寄生电容,包含光电二极管的寄生电容、运算放大器的共模输入电容和输入放大器的差模输入电容。进一步实施地,所述的运算放大器的偏置补偿电路包含一个补偿电阻和一个补偿电容;所述补偿电阻和补偿电容并联,并联后的一端接在运算放大器的同相输入端,另一端接地;进一步实施地,所述补偿电阻的阻值等于反馈网络中的反馈电阻的阻值,补偿电容值取1uF~10uF。进一步实施地,所述运算放大器的反馈网络包括一个反馈电阻和一个反馈电容;所述反馈电阻一端接在运算放大器的反向输入端,另一端接在运算放大器的输出端口;所述反馈电容与反馈电阻并联。进一步实施地,反馈电阻的阻值确定如下:(1)、通过查询产品技术手册得到光电二极管的寄生电容CD,运算放大器的共模输入电容CM和差模输入电容CDIFF,计算出光电接收器的寄生电容CS=CD+CCM+CDIFF;(2)、通过运算放大器开环增益曲线得到开环增益函数中的直流增益K和时间常数τ1,计算出运算放大器的开环增益传递函数其中s=j·2πf,f是通信系统中信号的频率,j是虚数单位;(3)、根据光电接收器传递函数的表达式结合反馈网络传递函数的表达式和步骤(2)中运算放大器的开环增益传递函数AOL的表达式,可以得到光电接收器传递函数的表达式:其中τ2=RF·CS,RF是反馈电阻);(4)根据自动控制理论中的振荡环节,得到光电接收器传递函数的谐振频率的表达式为:其中,无阻尼自然振荡频率阻尼系数光电接收器的传输特性曲线在谐振频率fr1处有一个峰值增益;(5)设定步骤(4)光电接收器出现峰值增益的频率点,画出接收器的传输特性曲线,结合可见光通信系统发射模块的预均衡电路,得到整个通信系统的传输特性曲线及3dB带宽;(6)根据步骤(5)计算得到的3dB带宽和设计目标值的差异,重新设定光电接收器出现峰值增益的频率点,重复步骤(5)和步骤(6),直至得到符合设计目标的3dB带宽值;(7)由步骤(6)设定的频率点,以及步骤(4)中谐振频率的表达式,计算相应的反馈电阻RF。进一步实施地,所述的反馈电容的容值由下面的公式确定:其中fGBWP是0dB穿越频率,通过查询运算放大器的产品数据手册可以得到;RF是反馈电阻值;Cs是光电接收器的寄生电容。与现有技术相比,本技术侧重光电接收器上的优化设计,不需要额外的后均衡电路,电路结构简单、成本较低,而且由于所需元器件较少可实现较高的集成度。附图说明图1是实例中用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器电路图。图2是实例中LED可见光通信系统的原理框图。图3是没有预均衡电路时可见光通信系统的传输特性曲线。图4是有预均衡电路时可见光通信系统的传输特性曲线。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术的具体实施作进一步说明,但本技术的实施和保护不限制于此。本实例的提高可见光通信中高频增益的光电接收器,如图1所示,包括电源去耦电路1、光电二极管2、光电二极管的偏置滤波电路3、运算放大器4、运算放大器的偏置补偿电路5、运算放大器的反馈网络6和输出阻抗匹配电路7。所述电源去耦电路是双电容并联去耦电路。运算放大器采用双电源供电,供电电压是+5V和‐5V。为了减小电源噪声对运算放大器的影响,本技术采取双电容并联去耦电路。由于实际电容中寄生参数的影响,使得电容的阻抗并非如理论分析那样单调地随着频率的增加而减小,而是呈现V字型;当频率增加到一定值之后,阻抗又会随着频率的增加而上升。为了使旁路电容在比较宽的频率范围内都有比较低的交流阻抗,本技术将一大一小两个电容进行并联再接在电源和地之间。电路中两种电容分别选择10uF~100uF和10nF~100nF。所述光电二极管采用反向偏置。光电二极管负端接在运算放大的反相输入端,电压约等于0,光电二极管的正端接在低于0V的电压上。光电二极管处于反偏状态,可以减小光电二极管的寄生电容,从而提高光电接收器的带宽。所述光电二极管的偏置滤波电路的作用是减少噪声,降低误差。在光电二极管的正端和‐5V电压之间接入滤波电阻RB,在光电二极管的正端和地之间接入电容CB。这种滤波器设计有两个原则:RB<<RF,CB>>CS,其中RF是运算放大器的反馈网络的反馈电阻;Cs是光电接收器的输入寄生电容,包含光电二极管的寄生电容、运算放大器的共模输入电容和输入放大器的差模输入电容。这样既保证了偏置电压的传输,又可以大大降低交流噪声。所述运算放大器的偏置补偿电路包含一个补偿电阻和一个补偿电容。补偿电阻和补偿电容并联,二者的一端接在运算放大器的同相输入端,另一端接在地上。补偿电阻是为了减小运算放大器的输入电流引起的偏置效应。运算放大器的输入电流IB‐流过反馈电阻RF时会产生一个输出偏置分量IB-·RF。光电二极管通常会与RF配合使用,因此会产生一个显著的漂移量;而且由于IB‐的温度系数,这个漂移量会表现出较大的温度漂移。如果要补偿这种漂移,就应使补偿电阻Rc=RF(RF是运算放大器的反馈网络的反馈电阻)。在Rc两端并联一个电容,可降低Rc两端的噪声,抑制放大器输入电流引起的偏置误差。这个电容可取一个较大的值,例如1uF~10uF。所述的运算放大器的反馈网络,包括一个反馈电阻和一个反馈电容。所述的反馈电阻一端接在运算放大器的反向输入端,另一端接在运算放大器的输出端口;反馈电阻的阻值由下面的步骤确定:(1)、通过查询产品技术手册得到光电二极管的寄生电容CD,运算放大器的共模输入电容CM和差模输入电容CDIFF,计本文档来自技高网...
一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器

【技术保护点】
一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于包括电源去耦电路、光电二极管、光电二极管的偏置滤波电路、运算放大器、运算放大器的偏置补偿电路、运算放大器的反馈网络和输出阻抗匹配电路;光电二极管负端接在运算放大器的反相输入端。

【技术特征摘要】
1.一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于包括电源去耦电路、光电二极管、光电二极管的偏置滤波电路、运算放大器、运算放大器的偏置补偿电路、运算放大器的反馈网络和输出阻抗匹配电路;光电二极管负端接在运算放大器的反相输入端。2.根据权利要求1所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于所述电源去耦电路包括+5V、‐5V、地共三个电平以及跨接在地与两个电平之间的正电压去耦电容和负电压去耦电容;所述正电压去耦电容包含分别接在+5V和地之间的一个10uF~100uF的电容和一个10nF~100nF的电容;所述负电压去耦电容包含分别接在‐5V和地之间的一个10uF~100uF的电容和一个10nF~100nF的电容。3.根据权利要求1所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于所述光电二极管的偏置滤波电路中,在光电二极管的正端和‐5V电压之间接入滤波电阻RB,在光电二极管的正端和地之间接入电容CB。4.根据权利要求3所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于满足RB<<RF,CB>>CS,其中RF是运算放大器的反馈网络的反馈电阻;Cs是光电接收器的输入寄生电容,包含光电二极管的寄生电容、运算放大器的共模输入电容和输入放大器的差模输入电容。5.根据权利要求1所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于所述的运算放大器的偏置补偿电路包含一个补偿电阻和一个补偿电容;所述补偿电阻和补偿电容并联,并联后的一端接在运算放大器的同相输入端,另一端接地。6.根据权利要求5所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于所述补偿电阻的阻值等于反馈网络中的反馈电阻的阻值,补偿电容值取1uF~10uF。7.根据权利要求1所述的一种用于提高可见光通信中高频增益的光电接收器,其特征在于所述运算放大器的...

【专利技术属性】
技术研发人员:王洪黄华茂谢鑫文如莲汪超
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:新型
国别省市:广东,44

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