一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種集成電路。特別是涉及一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電子科技的高速發(fā)展，智能設(shè)備的用戶總數(shù)和普及率逐年大幅度增 加，隨之增長(zhǎng)的是人們對(duì)高速寬帶多媒體通信的需求。此時(shí)傳統(tǒng)射頻通信出現(xiàn)頻譜資源緊 張的態(tài)勢(shì)，加之電磁輻射干擾等因素的局限，以及人們?nèi)找嬷匾曒椛鋵?duì)身體健康的影響，促 使產(chǎn)生了一種能夠拓寬頻譜的資源，通過綠色節(jié)能的LED燈為傳輸基站的通信方式一一可 見光通信。近幾年，伴隨著白光LED技術(shù)的發(fā)展，VLC技術(shù)應(yīng)用于各種場(chǎng)景的潛力開始彰顯， 得到國內(nèi)外愈來愈廣泛地關(guān)注。
[0003] 相比紅外無線光通信系統(tǒng)，VLC系統(tǒng)中白光LED發(fā)出的光對(duì)人眼安全，因此發(fā)射功 率可以很高，但由于LED的發(fā)光模式遵循朗伯發(fā)散模式，在離光源較遠(yuǎn)距離處，即便有較高 的發(fā)射功率，光強(qiáng)依然很弱。VLC系統(tǒng)大多設(shè)計(jì)成光強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)系統(tǒng)（Intensity modulation/direct detection，IM/DD)，接收機(jī)光電檢測(cè)器件接收到的光信號(hào)的強(qiáng)弱將直 接決定整個(gè)系統(tǒng)能否正常的工作。同時(shí)LED發(fā)出的光是經(jīng)過高速調(diào)制的，接收機(jī)的帶寬與響 應(yīng)速率必須能夠與調(diào)制信號(hào)光源相匹配。因此，設(shè)計(jì)出符合性能要求并且花費(fèi)較低的接收 機(jī)是可見光通信技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0004] 對(duì)可見光通信中接收機(jī)的研究在近兩年來剛剛興起。在設(shè)計(jì)工藝方面，以往多采 用砷化鎵或者雙極性硅工藝來實(shí)現(xiàn)，但它們有成本高、功耗大、集成度低的缺點(diǎn)。此外，由于 接收器件特性差異較大，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)所含模塊較多，之間相互影響較為復(fù)雜，現(xiàn)有的研究 主要是基于其可行性方面的研究，接收機(jī)搭建所用的也都是商用分立器件以實(shí)現(xiàn)功能。因 此，設(shè)計(jì)用于可見光通信系統(tǒng)的整體獨(dú)立接收機(jī)專用集成電路處于創(chuàng)新研發(fā)階段，該方面 還鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠有效縮小體積并減小各模塊級(jí)聯(lián)時(shí) 帶入誤差的基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路，包括 有依次連接的用于將得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大的跨阻放大器和用于將 跨阻放大器輸出的電壓信號(hào)放大至數(shù)字電壓水平的限幅放大器，所述跨阻放大器的輸入端 連接用于對(duì)從光電二極管接收到的電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那熬鈫卧妮敵龆耍鱿薹糯笃?的輸出端連接用于對(duì)從限幅放大器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行二次補(bǔ)償?shù)暮缶鈫卧妮斎攵耍?所述后均衡單元的輸出端連接用作信號(hào)判決的比較器的輸入端，所述比較器的輸出構(gòu)成基 于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路的輸出。
[0007] 所述的前均衡單元包括有:相并聯(lián)的電流源和第一電容，所述電流源和第一電容 的一端連接電壓VDD，所述電流源和第一電容的另一端分別連接第一電阻的一端、電感的一 端以及第一 NMOS管的柵極，所述電感的另一端通過第二電阻接地，所述第一電阻的另一端 和第一 NMOS管的漏極共同連接第二匪OS管的源極，第一電阻的該端和第一 NMOS管的漏極以 及第二NMOS管的源極還共同構(gòu)成前均衡單元的輸出端連接跨阻放大器的輸入端，所述第二 NMOS管的漏極連接電壓VDD，柵極通過第三電阻連接電壓VDD。
[0008] 所述的后均衡單元包括有相并聯(lián)的第二電容和第四電阻，所述第二電容和第四電 阻的一端共同連接所述限幅放大器的輸出端，所述第二電容和第四電阻的另一端通過一個(gè) 負(fù)載電阻接地，所述第二電容和第四電阻的該端還構(gòu)成后均衡單元的輸出端連接比較器的 輸入端。
[0009] 本發(fā)明的一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路，通過新的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 同時(shí)使用前均衡和后均衡技術(shù)提升帶寬，將光接收機(jī)整體集成于一片，有效地縮小了體積 并減小了各模塊級(jí)聯(lián)時(shí)帶入的誤差。整體采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝單片集成，實(shí)現(xiàn)在可見光光 照環(huán)境下高速數(shù)據(jù)的接收機(jī)功能，同時(shí)具有低功耗、集成度高、成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)等 優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 1.基于新興的可見光通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可見光環(huán)境下的數(shù)據(jù)接收功能，與傳統(tǒng)的 射頻通信技術(shù)相比，具有適用性廣，抗干擾保密性強(qiáng)，無電磁輻射對(duì)人體無害等優(yōu)點(diǎn)，在危 險(xiǎn)品存放和特殊場(chǎng)所物品檢測(cè)方面有諸多優(yōu)勢(shì)。
[0011] 2.可見光接收機(jī)芯片化。使用較為成熟的CMOS工藝進(jìn)行制造，代替現(xiàn)有的各部分 分立器件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高度集成化，減小體積，降低了成本。為研發(fā)微型可見光探測(cè)設(shè) 備及大面積推廣提供了可能。
[0012] 3.在電路結(jié)構(gòu)中同時(shí)加入了前均衡和后均衡電路結(jié)構(gòu)，使接收機(jī)的整體帶寬得到 了提升，提高了接收機(jī)的信息數(shù)據(jù)傳輸能力。為整體的可見光通信集成化系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù) 傳輸提供了基礎(chǔ)。
[0013 ] 4.本電路采用低功耗的設(shè)計(jì)方式，有效地控制整體光接收機(jī)芯片的能耗，與現(xiàn)有 接收機(jī)相比僅需要提供毫瓦級(jí)別的能量便可工作，提高了接收系統(tǒng)的持續(xù)工作能力，顯著 減輕了在實(shí)際運(yùn)用中的能源消耗問題。
[0014] 綜上所述，本發(fā)明提出的基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路結(jié)構(gòu)和實(shí)施方法 具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明在可見光接收端系統(tǒng)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路構(gòu)成框圖；
[0017] 圖3a是本發(fā)明中前均衡單元的電路原理圖；
[0018] 圖3b是本發(fā)明前均衡單元中并聯(lián)諧振回路的等效電路；
[0019]圖3c是本發(fā)明前均衡單元中RLC網(wǎng)絡(luò)等效電路圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明中后均衡單元的電路原理圖。
[0021] 圖中
[0022] 1:藍(lán)色濾波片 2:集成電路芯片
[0023] 3:數(shù)字端或示波器21:前均衡單元
[0024] 22:跨阻放大器 23:限幅放大器
[0025] 24:后均衡單元 25:比較器
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施過程和附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電 路做出詳細(xì)說明。
[0027] 圖1給出了本發(fā)明所應(yīng)用的可見光接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示使用硅PIN 光電二極管ro作為可見光探測(cè)器，將前端白光LED發(fā)射的加載有0/1信號(hào)的可見光透過藍(lán)色 濾波片1轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再通過本發(fā)明的基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路芯片2將 該微小電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓水平的電壓信號(hào)。
[0028] 如圖2所示，本發(fā)明的一種基于可見光通信的接收機(jī)專用集成電路，包括有依次連 接的用于將得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)并進(jìn)行放大的跨阻放大器22和用于將跨阻放 大器22輸出幅度很小的電壓信號(hào)放大至數(shù)字電壓水平的限幅放大器23,所述跨阻放大器22 的輸入端連接用于對(duì)從光電二極管ro接收到的電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那熬鈫卧?1的輸出端，所 述限幅放大器23的輸出端連接用于對(duì)從限幅放大器23輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行二次補(bǔ)償?shù)暮?均衡單元24的輸入端，所述后均衡單元24的輸出端連接用作信號(hào)判決的比較器25的輸入 端，所述比較器25的輸出構(gòu)成基于可見光通