一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，用以解决高速可见光通信中LED的小阻抗和通信系统50Ω阻抗不匹配的问题，涉及可见光通信技术领域。其包括：测量目标LED的S参数并导入软件；根据LED等效电路模型拟合实测的S11曲线获得寄生参数网络；以寄生参数网络作为负载阻抗，设计归一化低通原型阻抗变换器；计算各元件的实际值；采用理查德变换和Kuroda等效将阻抗变换器变成微带线结构并设计PCB板。所述方法既可以集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，也可以在LED封装壳内制作在介电常数为30‑50的陶瓷衬底上，降低LED输入信号界面的反射，提高通信效率的同时，显著缩小可见光通信发射模块的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法
本专利技术涉及可见光通信领域，更具体地，涉及一种用于可见光通信的LED阻抗匹配方法
技术介绍
基于LED的可见光通信将通信和照明结合起来，是下一代无线通信的重点。和射频、毫米波等无线通信对比，可见光通信频谱资源丰富；没有电磁辐射，能在电磁辐射限制严格的场所使用；以及保密性好。在高速的可见光通信系统中，如果传输线与负载不匹配，传输线上有驻波存在，这样一方面会使传输线功率容量降低。另一方面会增加衰减，使得负载无法获得最大功率。目前的LED制造都不带阻抗匹配设计，输出阻抗较小，一般只有几Ω-30Ω左右，与通信系统的50Ω阻抗失配，会导致通信信号输入LED界面的时候发生发射，直接影响了LED发射模块发射高速信号的质量。
技术实现思路
针对的现有可见光通信系统中，LED阻抗与通信系统中其他模块50Ω的标准阻抗之间失配的问题，对LED这种复数阻抗在较宽的带宽内实现较好的阻抗匹配，本专利技术提供了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，具体包括以下步骤：步骤1：采用矢量网络分析仪测量目标LED的S11特性曲线，并将得到的S1P文件及测试用的PCB版图导入ADS软件中；步骤2：串联测试用PCB版图，SMA接口模型和LED等效电路模型，用ADS软件对测得的S11特性曲线进行拟合，获得LED的寄生参数网络；步骤3：以获得的LED寄生参数网络为负载，通过给定的带宽，阻抗变换比和最大衰减，估算低通滤波器原型阻抗变换器的阶数N，设计归一化低通原型阻抗变换器；步骤4：根据步骤2中获得的负载阻抗及频率映射，由归一化元件值求得各元件的实际值；步骤5：采用理查德变换和Kuroda等效将步骤3得到的阻抗变换器转变成微带线结构并设计PCB电路。在一种优选方案中，步骤2中的等效电路模型包括封装寄生参数网络、LED芯片寄生参数网络及LED-PD本征响应网络。封装寄生参数网络包括第一寄生电容Cp、第一寄生电感Lp及第一寄生电容Rp。LED芯片寄生参数网络包括第二寄生电容CC及第二寄生电阻RC。步骤2中的S11特性曲线只与LED等效电路模型中的封装寄生参数网络及LED芯片寄生参数网络有关，与LED-PD本征响应网络无关。拟合LED的S11特性曲线就可以得到LED的寄生参数网络。在一种优选方案中，步骤3中的归一化低通原型阻抗变换器包括N个串接的归一化电感和N个并接的归一化电容，它们交替连接。在一种优选方案中，步骤5中的微带线结构，为N级串联“L”型网络。在一种优选方案中，该方法进一步包括：设计的阻抗匹配网络既可以集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，也可以在LED封装壳内制作在LED封装和散热陶瓷基板上。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法将可见光通信系统发射模块集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，也可以制作在介电常数为30-50的LED封装壳内的陶瓷衬底上，降低LED输入信号界面的反射，提高通信效率的同时，显著缩小可见光通信发射模块的尺寸。附图说明图1是本专利技术实施例的方法流程图。图2是根据实施例2示出的LED等效电路模型示意图。图3是根据实施例2示出的一种低通阻抗变换器归一化原型示意图。图4是根据实施例2示出的一种“L”型微带线LED阻抗匹配电路示意图。图5是根据实施例2示出的一种片外阻抗匹配网络示意图。图6时根据实施例2示出的一种片内阻抗匹配网络示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1请参考图1，本专利技术提供了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，具体包括以下步骤：步骤1：采用矢量网络分析仪测量目标LED的S11特性曲线，并将得到的S1P文件及测试用的PCB版图导入ADS软件中；步骤2：串联测试用PCB版图，SMA接口模型和LED等效电路模型，用ADS软件对测得的S11特性曲线进行拟合，获得LED的寄生参数网络；步骤3：以获得的LED寄生参数网络为负载，通过给定的带宽，阻抗变换比和最大衰减，估算低通滤波器原型阻抗变换器的阶数N，设计归一化低通原型阻抗变换器；步骤4：根据步骤2中获得的负载阻抗及频率映射，由归一化元件值求得各元件的实际值；步骤5：采用理查德变换和Kuroda等效将步骤3得到的阻抗变换器转变成微带线结构并设计PCB电路。在一种优选实施方案中，步骤2中的等效电路模型包括封装寄生参数网络、LED芯片寄生参数网络及LED-PD本征响应网络。封装寄生参数网络包括第一寄生电容Cp、第一寄生电感Lp及第一寄生电容Rp。LED芯片寄生参数网络包括第二寄生电容CC及第二寄生电阻RC。步骤2中的S11特性曲线只与LED等效电路模型中的封装寄生参数网络及LED芯片寄生参数网络有关，与LED-PD本征响应网络无关。拟合LED的S11特性曲线就可以得到LED的寄生参数网络。在一种优选实施方案中，步骤3中的归一化低通原型阻抗变换器包括N个串接的归一化电感和N个并接的归一化电容，所述的归一化电感和归一化电容交替连接。在一种优选实施方案中，步骤5中的微带线结构，为N级串联“L”型网络。在一种优选实施方案中，该方法进一步包括：设计的阻抗匹配网络既可以集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，也可以在LED封装壳内制作在LED封装和散热陶瓷基板上。实施例2本实施例与实施例1内容一致，仅对实施例1提供的一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法进行进一步地限定。在步骤1中，本专利技术首先将LED焊接到带SMA接口的PCB板上，用矢量网络分析仪测得目标LED的S11特性曲线。并将得到的S1P文件及测试用的PCB板的板层结构都导入ADS软件中，为下一步的提取LED寄生参数网络做准备。S1P文件是常见的线性S参数数据文件，可以直接被ADS读取。在步骤2中，如图2所示的LED等效电路模型包括：封装寄生参数网络201、LED芯片寄生参数网络202及LED-PD本征响应网络203。封装寄生参数网络201包括第一寄生电容Cp、第一寄生电感Lp及第一寄生电容Rp。LED芯片寄生参数网络202包括第二寄生电容CC及第二寄生电阻RC。LED等效电路模型的S11参数可以表示为：其中，封装寄生参数网络201与LED芯片寄生参数网络202组成的寄生参数网络的S参数为：ΔP＝SP11SP22-SP12SP21(3)ΓI为LED芯片寄生参数网络202与LED-PD本征响应网络203之间的反射系数。因为大电流下LED相当于一个小阻抗电阻，和LED芯片寄生参数网络202中的第二寄生电阻RC相比可以忽略，可以等效成为一个短路电路，所以ΓI＝-1。所以LED等效电路模型的S11参数可以简化为：只与封装寄生参数网络201及LED芯片寄生参数网络202有关，与LED-PD本征响应网络203无关。ADS软件中将如图2所示的LED等效电路模型中的封装寄生参数网络201及LED芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，其特征在于，采用等效电路直接对焊接在PCB上的LED的阻抗做提取，不需要采用特殊夹具，并采用低通滤波原型阻抗变换器做阻抗匹配，对LED这种复数负载阻抗在较宽的带宽内实现较好的阻抗匹配，具体包括以下步骤：步骤1.采用矢量网络分析仪测量目标LED的S11特性曲线，并将得到的S1P文件及测试用的PCB版图导入ADS软件中；步骤2.串联测试用PCB版图，SMA接口模型和LED等效电路模型，用ADS软件对测得的S11特性曲线进行拟合，获得LED的寄生参数网络；步骤3.以获得的LED寄生参数网络为负载，通过给定的带宽，阻抗变换比和最大衰减，估算低通滤波器原型阻抗变换器的阶数N，设计归一化低通原型阻抗变换器；步骤4.根据步骤2中获得的负载阻抗及频率映射，由归一化元件值求得各元件的实际值；步骤5.采用理查德变换和Kuroda等效将步骤3得到的阻抗变换器转变成微带线结构并设计PCB电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，其特征在于，采用等效电路直接对焊接在PCB上的LED的阻抗做提取，不需要采用特殊夹具，并采用低通滤波原型阻抗变换器做阻抗匹配，对LED这种复数负载阻抗在较宽的带宽内实现较好的阻抗匹配，具体包括以下步骤：步骤1.采用矢量网络分析仪测量目标LED的S11特性曲线，并将得到的S1P文件及测试用的PCB版图导入ADS软件中；步骤2.串联测试用PCB版图，SMA接口模型和LED等效电路模型，用ADS软件对测得的S11特性曲线进行拟合，获得LED的寄生参数网络；步骤3.以获得的LED寄生参数网络为负载，通过给定的带宽，阻抗变换比和最大衰减，估算低通滤波器原型阻抗变换器的阶数N，设计归一化低通原型阻抗变换器；步骤4.根据步骤2中获得的负载阻抗及频率映射，由归一化元件值求得各元件的实际值；步骤5.采用理查德变换和Kuroda等效将步骤3得到的阻抗变换器转变成微带线结构并设计PCB电路。2.根据权利要求1所述的用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤2中的LED等效电路模型包括封装寄生参数网络、LED芯片寄生参数网络及LED-PD本征响应网络。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立林，张紫莹，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44