一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路制造技术

本发明专利技术公开一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，采用三级预加重电路，用于提高由于LED频率响应较低而造成的VLC系统过窄的调制带宽；采用源极跟随器驱动交流耦合的GaNFET电路，可驱动大功率LED，用于给LED提供合适的工作电流，使其处于工作区；整流电路采用GaNFET与超快恢复二极管并联的方式，用于提高数据传输速度以及LED驱动电路的效率。本发明专利技术使用多级模拟预加重技术提升LED较低的调制带宽，整体采用标准的CMOS工艺实现，有集成度高、成本低、易于大规模生产等优点，并且采用GaNFET所构成的驱动电路以及整流电路，有功率高，速度快，效率高等优点，使可见光通信系统向实用化迈出重要一步。

【技术实现步骤摘要】
一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路
本专利技术属于可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)
，涉及一种采用CMOS工艺实现的LED驱动集成电路。
技术介绍
近年来，随着电子科技的高速发展，智能设备的用户总数和普及率逐年大幅度增加，随之增长的是人们对高速宽带多媒体通信的需求。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。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。室内可见光通信与目前常见的射频无线通信相比，具有速度快、耗能低、安全性高、保密性好以及置备成本较低等优点，以及作为一项新兴技术，将照明与通信领域结合在一起，所以VLC技术具备广阔的发展前景，引起了研究者们的广泛关注以及深入研究。可见光通信系统的研究在近两年兴起，但由于LED调制带宽低的原因而极大限制了系统的传输速率，并且严重制约着可见光通信的发展。为解决这一问题，预加重技术逐渐引起人们的注意。此外，设计用于可见光通信LED驱动的专用集成电路处于创新研发阶段，这方面鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，通过新的系统拓扑结构，使用多级模拟预加重技术提升LED较低的调制带宽。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，由三级预加重电路、LED驱动电路和整流电路组成，其中：三级预加重电路，用于提高由于LED频率响应较低而造成的VLC系统过窄的调制带宽；第四级采用源级跟随器提高带负载能力，包括供电电源VDD、MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9，其中供电电源VDD分别与电阻R1、电阻R3、电阻R5、电阻R7和MOS管M4的漏极相连；电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8、电阻R9与接地GND相连；MOS管M4的源极分别与电阻R9和LED驱动电路的电容C4相连；电阻R1和电阻R2分别与MOS管M1的栅极相连，MOS管M1的漏极分别与电阻R3、MOS管M2的栅极相连，电阻R4和电容C1组成并联RC结构与MOS管M1的源极相连；MOS管M2的漏极分别与电阻R5、MOS管M3的栅极相连，电阻R6和电容C2组成并联RC结构并与MOS管M2的源极相连；MOS管M3的漏极分别与电阻R7、MOS管M4的栅极相连，电阻R8和电容C3组成并联RC结构并与MOS管M3的源极相连。在三级预加重电路中，以第一级为例，以此类推三级，R1与R2组成M1管的偏置电路，与其栅极相连，为MOS提供合适的静态工作点，R3作为负载与M1管的漏极相连，R4与C1的并联RC结构作为源极负反馈与M1的源极相连，起到预加重的作用，提高信号的高频分量，从而提高LED的调制带宽。供电电源VDD为高电频供电电源。电路信号自信号输入端Vin进入三级预加重电路中，信号输入端Vin与电阻R1、电阻R2和MOS管M1的栅极相连。LED驱动电路，与三级预加重电路相连，采用源极跟随器驱动交流耦合的GaNFET电路，可驱动大功率LED，用于给LED提供合适的工作电流，使其处于工作区，包括氮化镓场效应晶体管M5、电阻10、电阻11、电阻12、电容C4和氮化镓场效应晶体管M5供电电源VDD2，其中电阻10与电阻11组成氮化镓场效应晶体管M5(GaNFET)的偏置电路，均与其栅极相连，电阻10与供电电源VDD2相连，电阻12与氮化镓场效应晶体管M5的源极相连，电阻11和电阻12并联且与接地GND相连，电容C4一侧与氮化镓场效应晶体管M5的栅极相连，另一侧与三级预加重电路的MOS管M4的源极相连。整流电路，与LED驱动电路相连并起到整流的作用，进一步提高带宽，包括LED供电电源VLED、超快恢复二极管D1、氮化镓场效应晶体管M6、电感L1和白光LED，其中：LED供电电源VLED为白光LED供电；氮化镓场效应晶体管M6采用二极管连接方式，其栅极与源极相连，并且在氮化镓场效应晶体管M6的源漏之间并联超快恢复二极管D1；白光LED与电感L1串联，白光LED与氮化镓场效应晶体管M6的漏极相连，电感L1与氮化镓场效应晶体管M6的源极相连；LED驱动电路的氮化镓场效应晶体管M5的漏极与氮化镓场效应晶体管M6的源极相连。在本法明的技术方案中，采用三级预加重电路，用于提高由于LED频率响应较低而造成的VLC系统过窄的调制带宽；第四级采用源级跟随器提高带负载能力；LED驱动电路，采用源极跟随器驱动交流耦合的GaNFET电路，可驱动大功率LED，用于给LED提供合适的工作电流，使其处于工作区；整流电路采用GaNFET与Ultrafastrecoverydiode(超快恢复二极管)并联的方式，用于提高数据传输速度以及LED驱动电路的效率。与现有所报道的可见光通信系统相比，本专利技术具有如下优点：1.使用较为成熟的CMOS工艺，相比起现行的通过分立器件所搭建的VLC系统相比，其集成度高，减小了系统的体积，降低了成本。2.通过模拟预加重对LED较低的频率响应进行补偿，极大地提高了VLC系统的调制带宽以及传输速率。3.通过GaNFET调制驱动电路代替常见的SiMOSFET调制驱动电路，使驱动电路有着更高的速度及效率，并且有更强的驱动能力，能够驱动大功率的LED实现传输距离的提升。本专利技术整体采用标准的CMOS工艺实现，有集成度高、成本低、易于大规模生产等优点，并且采用GaNFET所构成的驱动电路以及整流电路，有功率高，速度快，效率高等优点，使可见光通信系统向实用化迈出重要一步。因此本专利技术提出的用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路结构和实施方法具有良好的应用前景。附图说明图1为白光LED可见光通信发射机的结构框图。图2为本专利技术可见光通信系统发射机的LED驱动专用集成电路组成示意原理图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细描述。如附图1所示，白光LED可见光通信发射机的结构框图，其中集成芯片部分(integratedcircuit)主要由预加重电路(pre-emphasiscircuit)以及GaNFET的栅极偏置电路(GaNgatebiascircuit)构成；分立的部分主要由大功率GaNFET驱动电路(GaNpowerdrivecircuit)以及荧光粉型白光LED构成。输入的信号(datain)经由预加重电路的作用后，提高了其高频分量的响应，拓展了白光LED较低的调制带宽，之后通过大功率GaNFET调制驱动电路以及整流电路(rectifier)驱动白光LED(phosphorescewhiteLED)，使其发出带有调制信息的白光，从而达到可见光通信的目的。如附图2所示，本专利技术提出的带有多级预加重电路的白光LED驱动调制电路。本专利技术的用于可见光通信发射机的LE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，其特征在于，由三级预加重电路、LED驱动电路和整流电路组成，其中：采用三级预加重电路，用于提高由于LED频率响应较低而造成的VLC系统过窄的调制带宽；第四级采用源级跟随器提高带负载能力；LED驱动电路，采用源极跟随器驱动交流耦合的氮化镓场效应晶体管电路，可驱动大功率LED，用于给LED提供合适的工作电流，使其处于工作区；整流电路采用氮化镓场效应晶体管与超快恢复二极管并联的方式，用于提高数据传输速度以及LED驱动电路的效率。

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，其特征在于，由三级预加重电路、LED驱动电路和整流电路组成，其中：采用三级预加重电路，用于提高由于LED频率响应较低而造成的VLC系统过窄的调制带宽；第四级采用源级跟随器提高带负载能力；LED驱动电路，采用源极跟随器驱动交流耦合的氮化镓场效应晶体管电路，可驱动大功率LED，用于给LED提供合适的工作电流，使其处于工作区；整流电路采用氮化镓场效应晶体管与超快恢复二极管并联的方式，用于提高数据传输速度以及LED驱动电路的效率。2.根据权利要求1所述的一种用于可见光通信发射机的LED驱动专用集成电路，其特征在于，三级预加重电路，包括供电电源(VDD)、MOS管(M1)、MOS管(M2)、MOS管(M3)、MOS管(M4)、电容(C1)、电容(C2)、电容(C3)、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)、电阻(R8)、电阻(R9)，其中供电电源(VDD)分别与电阻(R1)、电阻(R3)、电阻(R5)、电阻(R7)和MOS管(M4)的漏极相连；电容(C1)、电容(C2)、电容(C3)、电阻(R2)、电阻(R4)、电阻(R6)、电阻(R8)、电阻(R9)与接地(GND)相连；MOS管(M4)的源极分别与电阻(R9)和LED驱动电路的电容(C4)相连；电阻(R1)和电阻(R2)分别与MOS管(M1)的栅极相连，MOS管(M1)的漏极分别与电阻(R3)、MOS管(M2)的栅极相连，电阻(R4)和电容(C1)组成并联RC结构与MOS管(M1)的源极相连；MOS管(M2)的漏极分别与电阻(R5)、MOS管(...

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