一种高速可见光通信光源驱动电路及驱动方法与流程

1.本发明涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种高速可见光通信光源驱动电路。


背景技术：

2.可见光通信技术利用可见光led作为光源，实现对光强的高速调制；作为一种颇有前景的通信手段，对可见光led的调制驱动技术研究也日益广泛。一般来说，可见光led工作需采用电流驱动，用于照明的可见光led光源驱动电路往往采用pwm调制实现恒流驱动，而用于光通信的可见光led驱动电流则采用恒流源、高频信号源耦合、窄脉冲驱动以及pwm或ook调制技术驱动。然而，现有技术中的可见光通信技术存在以下弊端，包括：1)体积大，驱动速度慢，调制速度一搬不大于1mhz；2)恒流偏置可见光led多采用pwm调制方式，若叠加交变信号，信噪比较低；3)可见光led通信中的驱动大多仅支持ook，pwm等方式，通信速率低。因此，发明一种高速可见光通信光源驱动电路成为该领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高速可见光通信光源驱动电路及驱动方法。
4.第一方面，本发明公开了一种高速可见光通信光源驱动电路，包括：信号输入模块、直流稳压供电模块、信号变换模块、匹配网络模块、反馈控制模块、高速mosfet管及可见光led；所述直流稳压供电模块分别与所述信号输入模块、所述信号变换模块、所述匹配网络模块、所述反馈控制模块、所述高速mosfet管及所述可见光led电连接；所述信号输入模块与所述信号变换模块电连接，所述信号变换模块及所述反馈控制模块分别与所述匹配网络模块电连接，所述匹配网络模块与所述高速mosfet管电连接，所述高速mosfet管与所述可见光led电连接，所述可见光led与光学透镜连接。
5.优选地，所述反馈控制模块包括直流偏置电流设定单元、电流取样子单元及误差比较放大单元；所电流取样子单元与所述误差比较放大单元电连接，所述直流偏置电流设定单元与所述误差比较放大单元电连接，所述误差比较放大单元与所述匹配网络模块电连接。
6.优选地，所述反馈控制模块还包括取样信号放大单元；所述取样信号放大单元分别与所述电流取样子单元及所述误差比较放大单元电连接。
7.优选地，所述信号输入模块包括射频sma口输入单元、双向限幅保护单元及三极管钳位限压单元；所述双向限幅保护单元及所述三极管钳位限压单元分别与所述射频sma口输入单元电连接。
8.优选地，所述电流取样子单元包括取样子单元、交流旁路子单元及第一放大子单元；所述取样子单元与所述高速mosfet管电连接，所述交流旁路子单元与所述取样子单元电连接，所述第一放大子单元与所述交流旁路子单元电连接。
9.优选地，所述直流偏置电流设定单元包括电流设定子单元及电位器子单元；所述
电流设定子单元与所述电位器子单元电连接，所述电位器子单元与所述误差比较放大单元电连接。
10.优选地，所述直流偏置电流设定单元包括电流设定子单元及dac子单元；所述电流设定子单元与所述dac子单元电连接，所述dac子单元与所述误差比较放大单元电连接。
11.第二方面，本发明还公开了一种驱动方法，包括第一方面所述的一种高速可见光通信光源驱动电路，所述驱动方法包括：
12.接收射频sma口的输入信号；
13.依据可变增益的宽带放大电路对输入信号进行缓冲放大；
14.调整所述输入信号的信号幅值，并根据高速mosfet管的跨导g确定可见光led电流的峰峰值；
15.将缓冲放大后的输出信号经过交流耦合以及直流偏置控制后，输出至所述高速mosfet管的栅极，通过阻抗匹配防止产生自激振荡；
16.将所述高速mosfet的漏极连接所述可见光led，所述高速mosfet管的源极连接电流取样电路，通过控制所述高速mosfet管的栅极电压而改变流过可见光led的电流，用于将高速电压信号转换为高速电流信号；
17.直流偏置电流设定电路将待设定电流所对应的电压信号用电位器或dac予以控制，并将所述电压信号送至误差比较放大电路；
18.所述误差比较放大电路将所述直流偏置电流设定电路的设定电压及放大后的电流取样电压进行比较放大；
19.依据比较放大的结果给出控制误差电压并传输到所述匹配网络，调整所述高速mosfet管的栅极电压从而控制可见光led直流电流。
20.本发明的一种高速可见光通信光源驱动电路具有如下有益效果，本发明公开的一种高速可见光通信光源驱动电路包括：信号输入模块、直流稳压供电模块、信号变换模块、匹配网络模块、反馈控制模块、高速mosfet管及可见光led；所述直流稳压供电模块分别与所述信号输入模块、所述信号变换模块、所述匹配网络模块、所述反馈控制模块、所述高速mosfet管及所述可见光led电连接；所述信号输入模块与所述信号变换模块电连接，所述信号变换模块及所述反馈控制模块分别与所述匹配网络模块电连接，所述匹配网络模块与所述高速mosfet管电连接，所述高速mosfet管与所述可见光led电连接，所述可见光led与光学透镜连接。本发明将直流恒流驱动偏置可见光led技术以及高速通信调制驱动技术合二为一，体积小，速度快；采用高频mosfet管作为调整管，实现直流恒流偏置驱动可见光led，保证可见光led的静态工作点稳定；
21.本发明的该驱动方法将传统的bias
‑
tee和直流偏置模块取消，通过直流信号及交流信号叠加驱动高速mosfet管，实现可见光led的直流偏置和高速驱动，可实现任意波形的调制，调制模拟带宽大于100mhz，驱动电路体积小，速度快；将可见光led光源及驱动电路集成进一步提升性能，提高通信速率。因此，本发明有成本低廉、工作稳定、通信速率高的优点，可靠性高。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实
施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
23.图1是本发明较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路的电路；
24.图2是本发明另一较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路的电路图；
25.图3是本发明另一较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路的电路图；
26.图4是本发明另一较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路的电路图；
27.图5是本发明另一较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路的电路图；
28.图6是本发明另一较佳实施例的一种高速可见光通信光源驱动方法的流程图.
具体实施方式
29.为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
30.实施例一
31.本发明较佳实施例的如图1所示，包括信号输入模块1、直流稳压供电模块2、信号变换模块3、匹配网络模块4、反馈控制模块5、高速mosfet管6及可见光led 7；所述直流稳压供电模块2分别与所述信号输入模块1、所述信号变换模块3、所述匹配网络模块4、所述反馈控制模块5、所述高速mosfet管6及所述可见光led 7电连接；所述信号输入模块1与所述信号变换模块3电连接，所述信号变换模块3及所述反馈控制模块5分别与所述匹配网络模块4电连接，所述匹配网络模块4与所述高速mosfet管6电连接，所述高速mosfet管6与所述可见光led 7电连接，所述可见光led 7与光学透镜a连接。因此，本发明有成本低廉、工作稳定、通信速率高的优点，可靠性高。
32.优选地，请参阅图2，所述反馈控制模块5包括直流偏置电流设定单元51、电流取样子单元52及误差比较放大单元53；所电流取样子单元51与所述误差比较放大单元53电连接，所述直流偏置电流设定单元51与所述误差比较放大单元53电连接，所述误差比较放大单元53与所述匹配网络模块4电连接。
33.优选地，请参阅图3，所述反馈控制模块5还包括取样信号放大单元54；所述取样信号放大单元54分别与所述电流取样子单元52及所述误差比较放大单元53电连接。
34.优选地，请参阅图4，所述信号输入模块1包括射频sma口输入单元11、双向限幅保护单元12及三极管钳位限压单元13；所述双向限幅保护单元11及所述三极管钳位限压单元13分别与所述射频sma口输入单元11电连接。可以理解的是，所述射频sma口输入单元11用于实现信号输入控制，所述双向限幅保护单元12用于实现过压保护，所述三极管钳位限压单元13电压用于将信号限幅控制再正负2.5v范围内。
35.优选地，在本实施例中，所述信号变换模块通过可变增益的宽带放大电路对所述输入信号进行缓冲放大，将信号幅值调整为ug，并通过所述高速mosfet管的跨导g确定所述可见光led电流的峰峰值，其中，i＝v
g
g。所述匹配网络模块4将缓冲放大后的输出信号经过交流耦合以及直流偏置控制电压连接所述mosfet管6的栅极，通过阻抗匹配防止产生自激振荡。
36.优选地，请参阅图4，所述电流取样子单元52包括取样子单元521、交流旁路子单元522及第一放大子单元523；所述取样子单元521与所述高速mosfet管电连接，所述交流旁路子单元522与所述取样子单元电连接，所述第一放大子单元523与所述交流旁路子单元522电连接。可以理解的是，所述mosfet管的漏极连接所述可见光led，所述mosfet管的源极连接所述取样子单元521，通过控制所述高速mosfet管的栅极电压而改变流过所述可见光led的电流，作用是高速电压信号转换为高速电流信号。
37.优选地，请参阅图4，所述直流偏置电流设定单元51包括电流设定子单元511及电位器子单元512；所述电流设定子单元511与所述电位器子单元512连接，所述电位器子单元512与所述误差比较放大单元53电连接。
38.优选地，请参阅图5，所述直流偏置电流设定单元51包括电流设定子单元511及dac子单元513；所述电流设定子单元511与所述dac子单元513电连接，所述dac子单元513与所述误差比较放大单元53电连接。
39.优选地，所述取样子单元521采用两个取样电阻，直流取样通过所述交流旁路子单元522将交流信号去掉，同时所述第一放大子单元523将直流电流信号进行放大送至所述误差比较放大单元53；所述直流偏置电流设定单元51将待设定电流所对应的电压信号用所述电位器子单元512或所述dac子单元513予以控制，将电压送至所述误差比较放大单元53；所述误差比较放大单元53将直流偏置电流设定电压和放大后的电流取样电压进行比较放大后给出控制误差电压连接至所述匹配网络模块4，调整所述高速mosfet管的栅极电压从而控制所述可见光led的直流电流。所述匹配网络模块4及所述误差比较放大单元53可防止直流偏置出现超调而引起的低频振荡，具有很低的电流纹波，有利于提高通信时的信噪比。
40.优选地，本实施例的一种高速可见光通信光源驱动电路采用高速mosfet管6作为调整管，可见光led串接在电源及高速mosfet管6之间，对任意波形宽带(带宽大于100mhz)的电压信号由所述信号变换模块3中的可变增益缓冲放大器进行限幅放大后，经阻抗匹配耦合至所述高速mosfet管6的栅极，将电压信号转换为电流信号，控制电压信号和电流成正比；通过所述电流取样子单元52中的交流旁路后对直流电流取样、放大，与所述直流偏执电流设定单元中的设定电流值比较得到误差电压后，经由所述取样信号放大单元54放大反馈至所述高速mosfet管6的栅极，实现直流恒流偏置驱动可见光led管，保证可见光led的静态工作点稳定。
41.实施例二
42.本发明还公开了一种驱动方法，包括实施例一所述的一种高速可见光通信光源驱动电路，请参阅图6，所述驱动方法包括：
43.s1、接收射频sma口的输入信号；
44.s2、依据可变增益的宽带放大电路对输入信号进行缓冲放大；
45.s3、调整所述输入信号的信号幅值，并根据高速mosfet管的跨导g确定可见光led电流的峰峰值；
46.s4、将缓冲放大后的输出信号经过交流耦合以及直流偏置控制后，输出至所述高速mosfet管的栅极，通过阻抗匹配防止产生自激振荡；
47.s5、将所述高速mosfet的漏极连接所述可见光led，所述高速mosfet管的源极连接电流取样电路，通过控制所述高速mosfet管的栅极电压而改变流过可见光led的电流，用于
将高速电压信号转换为高速电流信号；
48.s6、直流偏置电流设定电路将待设定电流所对应的电压信号用电位器或dac予以控制，并将所述电压信号送至误差比较放大电路；
49.s7、所述误差比较放大电路将所述直流偏置电流设定电路的设定电压及放大后的电流取样电压进行比较放大；
50.s8、依据比较放大的结果给出控制误差电压并传输到所述匹配网络，调整所述高速mosfet管的栅极电压从而控制可见光led直流电流。
51.具体地，本发明的所述可见光led及驱动板一体化紧凑设计，有利于高频信号的调制，降低分布参数对调制驱动带宽的影响；将pcb电路板放置在铝制金属屏蔽壳内，可安装调整光学镜片，实现模块化设计，有利于散热，体积小，成本低廉。
52.综上所述，本发明所提供的一种高速可见光通信光源驱动电路包括信号输入模块1、直流稳压供电模块2、信号变换模块3、匹配网络模块4、反馈控制模块5、高速mosfet管6及可见光led 7；所述直流稳压供电模块2分别与所述信号输入模块1、所述信号变换模块3、所述匹配网络模块4、所述反馈控制模块5、所述高速mosfet管6及所述可见光led 7电连接；所述信号输入模块1与所述信号变换模块3电连接，所述信号变换模块3及所述反馈控制模块5分别与所述匹配网络模块4电连接，所述匹配网络模块4与所述高速mosfet管6电连接，所述高速mosfet管6与所述可见光led 7电连接，所述可见光led 7与光学透镜a连接。本发明将直流恒流驱动偏置可见光led技术以及高速通信调制驱动技术合二为一，体积小，速度快；采用高频mosfet管作为调整管，实现直流恒流偏置驱动可见光led，保证可见光led的静态工作点稳定；
53.本发明的该驱动方法将传统的bias
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tee和直流偏置模块取消，通过直流信号及交流信号叠加驱动高速mosfet管，实现可见光led的直流偏置和高速驱动，可实现任意波形的调制，调制模拟带宽大于100mhz，驱动电路体积小，速度快；将可见光led光源及驱动电路集成进一步提升性能，提高通信速率。因此，本发明有成本低廉、工作稳定、通信速率高的优点，可靠性高。
54.以上对本发明所提供的一种高速可见光通信光源驱动电路及驱动方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。