一種大動態範圍光電探測接收裝置的製作方法

2023-08-04 08:37:46 1

專利名稱：一種大動態範圍光電探測接收裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種大動態範圍光電探測接收裝置，尤其是涉及一種用於無線光總線的大動態範圍光電探測接收裝置，屬於通信技術領域。
背景技術：
現有室內無線區域網通信技術和協議，諸如藍牙(Bluetooth)技術、家庭射頻 (HomeRF)技術、IEEE802. 11技術及紅外數字協會(IrDA)標準等。由於採用射頻載波或針對特殊應用而提出，具有頻帶有限、抗幹擾性和保密性差等不足。無線光總線技術結合了傳統無線網絡和光纖通信的優勢，具有小型化、頻帶寬、無需布線等特點，在靈活性、移動性和安全性等方面表現出了不可比擬的優勢，能夠滿足封閉體內自組網寬帶通信的需求。而在散射式室內無線光總線系統中，由於發射光信號經多條路逕到達接收機後形成多路徑效應，產生碼間幹擾，限制總線帶寬，無法充分利用光總線帶寬優勢。在光接收機系統中，動態範圍是其重要指標。光接收機系統的動態範圍是指光接收機能接收處理的最大光信號和最小光信號間的範圍。光接收機能接收到的最小信號是光接收機的靈敏度。隨著信號光的增強，超過光接收機各個處理電路的線性範圍，產生非線性，且電脈衝信號發生展寬，嚴重時覆蓋後續信號，影響信號的探測與識別。在無線光總線系統中，由於信源光使用的發散角大，使得在整個無線光總線的使用區間範圍內，光信號變化的強度主要由幾何衰減決定，在無線光總線的使用區間範圍內， 所對應的光功率變化範圍非常大，因此需要擴展接收裝置的動態範圍。
發明內容本實用新型的目的在於，為克服現有技術的缺點，適應無線光總線系統中光接收動態範圍大、接收視場大的需要，充分發揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI 電路的基礎上，通過控制電路分別控制光衰減器、高壓電源模塊與可變增益放大器，並運用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴展了接收裝置的動態範圍。本實用新型的技術方案是一種大動態範圍光電探測接收裝置，包括接收鏡頭； 該接收鏡頭依次順序連接有光衰減器、光探測器、前置放大電路、濾波電路、可變增益放大器；該可變增益放大器分別與判決電路及RSSI電路連接；光探測器還與高壓電源模塊連接；所述控制電路還分別與光衰減器、高壓電源模塊、可變增益放大器及RSSI電路連接。在上述技術方案的基礎上具有附加技術特徵的進一步技術方案是所述的大動態範圍光電探測接收裝置，接收鏡頭包括成像透鏡、窄帶濾光片，用於收集信號光再經過光衰減器照射在光探測器的光敏面上；該接收鏡頭的接收視場為 40° 60°。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的光衰減器為連續可調光衰減器，與控制電路連接，該控制電路連續調整光衰減器的衰減係數。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的光衰減器為由電機控制變化的可變光闌，或為連續漸變光衰減片，或為可調光衰減器。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的光探測器為Si或InGaAs型光電探測器；與該光探測器連接的包括限流電阻、濾波電容、高壓電源模塊。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的前置放大電路包括跨阻式放大電路；該前置放大電路將光探測器輸出電流信號轉換為電壓信號，經濾波電路濾波後傳送給可變增益放大器將信號放大，信號輸出到判決電路。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的判決電路包括一個比較器，是判決電路的核心器件，該比較器為窄脈寬信號光調製的比較器。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，判決電路的比較器光源的調製速率最高為 10Mbps，光脈衝信號脈寬調製為10 50ns量級；當光信號較弱時，使用比較器組成的判決電路輸出脈衝信號寬度和光脈衝寬度相同；當光信號增強，超過接收裝置放大電路的動態範圍時，模擬信號出現展寬，判決電路7輸出的數位訊號展寬為相同寬度的數字脈衝信號。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，控制電路還與判決電路連接，控制電路用於對判決電路直接輸入的數位訊號進行解碼處理，並通過數據幀結構判斷，濾除隨機噪聲； 控制電路還控制光衰減器、高壓電源模塊、可變增益放大器，並存儲通常條件下的光衰減器工作狀態、高壓電源模塊輸出電壓值、可變增益放大器6增益的配置數據。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，所述的控制電路還有與外部設備相連的、 用於數據信息傳輸的接口。所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其高壓電源模塊通過數字控制接口連續控制輸出電壓幅度該高壓電源模塊輸出設置為5 V 300V。本實用新型顯著優點是無線光總線系統中光接收動態範圍大、接收視場大；充分發揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI電路的基礎上，通過控制電路分別控制光衰減器、高壓電源模塊與可變增益放大器，並運用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴展了接收裝置的動態範圍。

圖1是用於無線光總線的大動態範圍光電探測接收裝置；圖2是光探測電路示意圖圖中1 一接收鏡頭，2—光衰減器，3—光探測器，4一前置放大電路，5— 濾波電路，6—可變增益放大器，7—判決電路，8—RSSI電路，9一控制電路，10— 高壓電源模塊，11 一濾波電容，13—限流電阻。
具體實施方式
結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步說明如下實施例1 如圖1、2所示，一種大動態範圍光電探測接收裝置，有接收鏡頭1 ；該接收鏡頭1依次順序連接有光衰減器2、光探測器3、前置放大電路4、濾波電路5、可變增益放大器6 ；該可變增益放大器6分別與判決電路7及RSSI電路8連接；光探測器3還與高壓電源模塊10連接；所述控制電路9還分別與光衰減器2、高壓電源模塊10、可變增益放大器 6及RSSI電路8連接。如圖1所示，光源發射的信號雷射或由牆壁等反射後的信號雷射，由
4接收鏡頭1收集並將信號光匯聚到光探測器3的光敏面上，期間經過光衰減器2的衰減，光衰減器2對光的衰減能力由控制電路9控制。所述的接收鏡頭1包括成像透鏡、窄帶濾光片，用於收集信號光再經過光衰減器2照射在光探測器3的光敏面上；該接收鏡頭1的接收視場為40° 60°，本實施例接收鏡頭1的接收視場為45°。所述的光衰減器2為連續可調光衰減器，與控制電路9連接，該控制電路9連續調整光衰減器2的衰減係數。所述的光衰減器2為由電機控制變化的可變光闌，或選連續漸變光衰減片，或選可調光衰減器。所述的光探測器3為Si或InGaAs型光電探測器，本實施例光探測器3為Si型雪崩光電探測器，如圖2所示，與光探測器3連接的包括限流電阻13、濾波電容11、高壓電源模塊10。該光探測器3對光信號的增益與加在光探測器3其上的偏置電壓有關當信號光較強時，可通過控制電路降低高壓電源模塊10的輸出電壓幅度，調整光探測器對信號光的增益，避免後續電路由於信號輸出過強而出現飽和。此外，高壓電源模塊10為光探測器3提供偏置電壓前先經過限流電阻13，當光信號較強時，光探測器3上流過的光電流增大，限流電阻13上的壓降隨之增加，此時實際加在光探測器3上的偏置電壓降低，光探測器的增益也隨之降低， 起到強光時降低接收裝置增益的作用，擴展本裝置的接收動態範圍。所述的前置放大電路 4包括跨阻式放大電路；光探測器3負責完成對信號光的光電轉換，隨後由前置放大電路4 進行預放大，將光探測器3輸出電流信號轉換為電壓信號，經濾波電路5濾波後傳送給可變增益放大器6將信號放大到幾百mV量級，本實施例可變增益放大器6增益設置為40dB，可變增益放大器6放大後輸出信號分為兩路，一路信號輸出到判決電路7，一路輸入到RSSI電路8，RSSI電路根據信號的強度輸出與信號強度對應的直流信號，控制電路9通過模數轉換單元獲取接收信號強度信息，根據需要通過數模轉換單元調整可變增益放大器6的增益。 所述的判決電路7包括一個比較器，是判決電路7的核心器件，該比較器為窄脈寬信號光調製的比較器。判決電路7的比較器光源的調製速率最高為10Mbps，光脈衝信號脈寬調製為 10 50ns量級，本實施例光脈衝信號脈寬調製為25ns ；當光信號較弱時，使用比較器組成的判決電路7輸出脈衝信號寬度和光脈衝寬度相同；當光信號增強，超過接收裝置放大電路的動態範圍時，模擬信號出現展寬，判決電路7輸出的數位訊號展寬為相同寬度的數字脈衝信號。若後續處理電路設置為上升沿觸發，則信號的展寬不影響數據的處理，此時仍可視作接收機處於正常工作狀態，因此使用窄脈寬信號光調製技術及由比較器組成的判決電路，能夠在無線光總線系統中能起到增大接收裝置動態範圍的作用。本接收裝置的控制電路單獨設計為一塊PCB板，其它模擬電路部分設計在一塊PCB板上，且模擬電路板放置在一個屏蔽盒中。控制電路9還與判決電路7連接，控制電路9用於對判決電路7直接輸入的數位訊號進行解碼處理，並通過數據幀結構判斷，濾除隨機噪聲；控制電路9還控制光衰減器2、高壓電源模塊10、可變增益放大器6，並存儲通常條件下的光衰減器2工作狀態、高壓電源模塊10輸出電壓值、可變增益放大器6增益的配置數據。所述的控制電路9還有與外部設備相連的、用於數據信息傳輸的接口。所述的高壓電源模塊10通過數字控制接口連續控制輸出電壓幅度，輸出紋波小於50mV，本實施例高壓電源模塊10輸出設置為300V。實施例2 與實施例1不同的是接收鏡頭1的接收視場為40° ；光衰減器2為連續漸變光衰減片；光探測器3為InGaAs型雪崩光電探測器；可變增益放大器6增益設置為 40dB，光脈衝信號脈寬調製為IOns ；高壓電源模塊10輸出設置為50V。實施例3 與實施例1不同的是接收鏡頭1的接收視場為60° ；光衰減器2為可調光衰減器；光探測器3為InGaAs型PIN光電探測器；可變增益放大器6增益設置為20dB， 光脈衝信號脈寬調製為50ns ；；高壓電源模塊10輸出設置為5V。 本實用新型的權利要求保護範圍不限於上述實施例。
權利要求1.一種大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，包括接收鏡頭(1)；該接收鏡頭 (1)依次順序連接有光衰減器(2)、光探測器(3)、前置放大電路(4)、濾波電路(5)、可變增益放大器(6);該可變增益放大器(6)分別與判決電路(7)及RSSI電路(8)連接；光探測器 (3)還與高壓電源模塊(10)連接；所述控制電路(9)還分別與光衰減器(2)、高壓電源模塊 (10)、可變增益放大器(6)及RSSI電路(8)連接。
2.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的接收鏡頭(1)包括成像透鏡、窄帶濾光片，用於收集信號光再經過光衰減器(2)照射在光探測器 (3)的光敏面上；該接收鏡頭(1)的接收視場為40° 60°。
3.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的光衰減器(2)為連續可調光衰減器，與控制電路(9)連接，該控制電路(9)連續調整光衰減器(2) 的衰減係數。
4.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的光衰減器(2 )為由電機控制變化的可變光闌，或為連續漸變光衰減片，或為可調光衰減器。
5.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的光探測器(3)為Si或InGaAs型光電探測器；與該光探測器(3)連接的包括限流電阻(13)、濾波電容(11)、高壓電源模塊(10)。
6.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的前置放大電路(4)包括跨阻式放大電路；該前置放大電路(4)將光探測器(3)輸出電流信號轉換為電壓信號，經濾波電路(5)濾波後傳送給可變增益放大器(6)將信號放大，信號輸出到判決電路(7)。
7.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的判決電路(7)包括一個比較器，是判決電路(7)的核心器件，該比較器為窄脈寬信號光調製的比較ο
8.根據權利要求7所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，判決電路(7)的比較器光源的調製速率最高為10Mbps，光脈衝信號脈寬調製為10 50ns量級；當光信號較弱時，使用比較器組成的判決電路(7)輸出脈衝信號寬度和光脈衝寬度相同；當光信號增強，超過接收裝置放大電路的動態範圍時，模擬信號出現展寬，判決電路(7)輸出的數位訊號展寬為相同寬度的數字脈衝信號。
9.根據權利要求1所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，控制電路(9)還與判決電路(7)連接，控制電路(9)用於對判決電路(7)直接輸入的數位訊號進行解碼處理，並通過數據幀結構判斷，濾除隨機噪聲；控制電路(9)還控制光衰減器(2)、高壓電源模塊(10)、可變增益放大器(6)，並存儲通常條件下的光衰減器(2)工作狀態、高壓電源模塊 (10)輸出電壓值、可變增益放大器(6)增益的配置數據。
10.根據權利要求1或9所述的大動態範圍光電探測接收裝置，其特徵在於，所述的控制電路(9)還有與外部設備相連的、用於數據信息傳輸的接口。
專利摘要本實用新型涉及一種大動態範圍光電探測接收裝置，包括接收鏡頭；該接收鏡頭依次順序連接有光衰減器、光探測器、前置放大電路、濾波電路、可變增益放大器；該可變增益放大器分別與判決電路及RSSI電路連接；光探測器還與高壓電源模塊連接；所述控制電路還分別與光衰減器、高壓電源模塊、可變增益放大器及RSSI電路連接。本實用新型顯著優點是無線光總線系統中光接收動態範圍大、接收視場大；充分發揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI電路的基礎上，通過控制電路分別控制光衰減器等，並運用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴展了接收裝置的動態範圍。
文檔編號H04B10/06GK202168083SQ201120251069
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月17日 優先權日2011年7月17日
發明者孫峰, 張鑫, 趙坤, 鄧代竹, 高凡, 黃開仁 申請人:湖北久之洋紅外系統有限公司