專利名稱：一種大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，尤其是涉及一種用于無線光總線的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有室內(nèi)無線局域網(wǎng)通信技術(shù)和協(xié)議，諸如藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)、家庭射頻 (HomeRF)技術(shù)、IEEE802. 11技術(shù)及紅外數(shù)字協(xié)會(huì)(IrDA)標(biāo)準(zhǔn)等。由于采用射頻載波或針對特殊應(yīng)用而提出，具有頻帶有限、抗干擾性和保密性差等不足。無線光總線技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)和光纖通信的優(yōu)勢，具有小型化、頻帶寬、無需布線等特點(diǎn)，在靈活性、移動(dòng)性和安全性等方面表現(xiàn)出了不可比擬的優(yōu)勢，能夠滿足封閉體內(nèi)自組網(wǎng)寬帶通信的需求。而在散射式室內(nèi)無線光總線系統(tǒng)中，由于發(fā)射光信號經(jīng)多條路徑到達(dá)接收機(jī)后形成多路徑效應(yīng)，產(chǎn)生碼間干擾，限制總線帶寬，無法充分利用光總線帶寬優(yōu)勢。在光接收機(jī)系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)范圍是其重要指標(biāo)。光接收機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍是指光接收機(jī)能接收處理的最大光信號和最小光信號間的范圍。光接收機(jī)能接收到的最小信號是光接收機(jī)的靈敏度。隨著信號光的增強(qiáng)，超過光接收機(jī)各個(gè)處理電路的線性范圍，產(chǎn)生非線性，且電脈沖信號發(fā)生展寬，嚴(yán)重時(shí)覆蓋后續(xù)信號，影響信號的探測與識別。在無線光總線系統(tǒng)中，由于信源光使用的發(fā)散角大，使得在整個(gè)無線光總線的使用區(qū)間范圍內(nèi)，光信號變化的強(qiáng)度主要由幾何衰減決定，在無線光總線的使用區(qū)間范圍內(nèi)， 所對應(yīng)的光功率變化范圍非常大，因此需要擴(kuò)展接收裝置的動(dòng)態(tài)范圍。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，適應(yīng)無線光總線系統(tǒng)中光接收動(dòng)態(tài)范圍大、接收視場大的需要，充分發(fā)揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI 電路的基礎(chǔ)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，并運(yùn)用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴(kuò)展了接收裝置的動(dòng)態(tài)范圍。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種大動(dòng)態(tài)范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(shù)方案的基礎(chǔ)上具有附加技術(shù)特征的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，接收鏡頭包括成像透鏡、窄帶濾光片，用于收集信號光再經(jīng)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(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，所述的光衰減器為連續(xù)可調(diào)光衰減器，與控制電路連接，該控制電路連續(xù)調(diào)整光衰減器的衰減系數(shù)。所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，所述的光衰減器為由電機(jī)控制變化的可變光闌，或?yàn)檫B續(xù)漸變光衰減片，或?yàn)榭烧{(diào)光衰減器。所述的大動(dòng)態(tài)范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(dòng)態(tài)范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(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)濾波電路濾波后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(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，所述的判決電路包括一個(gè)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(diào)制的比較器。所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，判決電路的比較器光源的調(diào)制速率最高為 10Mbps，光脈沖信號脈寬調(diào)制為10 50ns量級；當(dāng)光信號較弱時(shí)，使用比較器組成的判決電路輸出脈沖信號寬度和光脈沖寬度相同；當(dāng)光信號增強(qiáng)，超過接收裝置放大電路的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，模擬信號出現(xiàn)展寬，判決電路7輸出的數(shù)字信號展寬為相同寬度的數(shù)字脈沖信號。所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，控制電路還與判決電路連接，控制電路用于對判決電路直接輸入的數(shù)字信號進(jìn)行解碼處理，并通過數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)判斷，濾除隨機(jī)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，并存儲通常條件下的光衰減器工作狀態(tài)、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(shù)據(jù)。所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，所述的控制電路還有與外部設(shè)備相連的、 用于數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)慕涌?。所述的大?dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其高壓電源模塊通過數(shù)字控制接口連續(xù)控制輸出電壓幅度該高壓電源模塊輸出設(shè)置為5 V 300V。本實(shí)用新型顯著優(yōu)點(diǎn)是無線光總線系統(tǒng)中光接收動(dòng)態(tài)范圍大、接收視場大；充分發(fā)揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI電路的基礎(chǔ)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，并運(yùn)用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴(kuò)展了接收裝置的動(dòng)態(tài)范圍。

圖1是用于無線光總線的大動(dòng)態(tài)范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(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如下實(shí)施例1 如圖1、2所示，一種大動(dòng)態(tài)范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(fā)射的信號激光或由墻壁等反射后的信號激光，由
4接收鏡頭1收集并將信號光匯聚到光探測器3的光敏面上，期間經(jīng)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，用于收集信號光再經(jīng)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(shí)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(xù)可調(diào)光衰減器，與控制電路9連接，該控制電路9連續(xù)調(diào)整光衰減器2的衰減系數(shù)。所述的光衰減器2為由電機(jī)控制變化的可變光闌，或選連續(xù)漸變光衰減片，或選可調(diào)光衰減器。所述的光探測器3為Si或InGaAs型光電探測器，本實(shí)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(guān)當(dāng)信號光較強(qiáng)時(shí)，可通過控制電路降低高壓電源模塊10的輸出電壓幅度，調(diào)整光探測器對信號光的增益，避免后續(xù)電路由于信號輸出過強(qiáng)而出現(xiàn)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(jīng)過限流電阻13，當(dāng)光信號較強(qiáng)時(shí)，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(shí)實(shí)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(qiáng)光時(shí)降低接收裝置增益的作用，擴(kuò)展本裝置的接收動(dòng)態(tài)范圍。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(fù)責(zé)完成對信號光的光電轉(zhuǎn)換，隨后由前置放大電路4 進(jìn)行預(yù)放大，將光探測器3輸出電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)濾波電路5濾波后傳送給可變增益放大器6將信號放大到幾百mV量級，本實(shí)施例可變增益放大器6增益設(shè)置為40dB，可變增益放大器6放大后輸出信號分為兩路，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(jù)信號的強(qiáng)度輸出與信號強(qiáng)度對應(yīng)的直流信號，控制電路9通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元獲取接收信號強(qiáng)度信息，根據(jù)需要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元調(diào)整可變增益放大器6的增益。 所述的判決電路7包括一個(gè)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(diào)制的比較器。判決電路7的比較器光源的調(diào)制速率最高為10Mbps，光脈沖信號脈寬調(diào)制為 10 50ns量級，本實(shí)施例光脈沖信號脈寬調(diào)制為25ns ；當(dāng)光信號較弱時(shí)，使用比較器組成的判決電路7輸出脈沖信號寬度和光脈沖寬度相同；當(dāng)光信號增強(qiáng)，超過接收裝置放大電路的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，模擬信號出現(xiàn)展寬，判決電路7輸出的數(shù)字信號展寬為相同寬度的數(shù)字脈沖信號。若后續(xù)處理電路設(shè)置為上升沿觸發(fā)，則信號的展寬不影響數(shù)據(jù)的處理，此時(shí)仍可視作接收機(jī)處于正常工作狀態(tài)，因此使用窄脈寬信號光調(diào)制技術(shù)及由比較器組成的判決電路，能夠在無線光總線系統(tǒng)中能起到增大接收裝置動(dòng)態(tài)范圍的作用。本接收裝置的控制電路單獨(dú)設(shè)計(jì)為一塊PCB板，其它模擬電路部分設(shè)計(jì)在一塊PCB板上，且模擬電路板放置在一個(gè)屏蔽盒中。控制電路9還與判決電路7連接，控制電路9用于對判決電路7直接輸入的數(shù)字信號進(jìn)行解碼處理，并通過數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)判斷，濾除隨機(jī)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，并存儲通常條件下的光衰減器2工作狀態(tài)、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(shù)據(jù)。所述的控制電路9還有與外部設(shè)備相連的、用于數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)慕涌?。所述的高壓電源模塊10通過數(shù)字控制接口連續(xù)控制輸出電壓幅度，輸出紋波小于50mV，本實(shí)施例高壓電源模塊10輸出設(shè)置為300V。實(shí)施例2 與實(shí)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(xù)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(shè)置為 40dB，光脈沖信號脈寬調(diào)制為IOns ；高壓電源模塊10輸出設(shè)置為50V。實(shí)施例3 與實(shí)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(diào)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(shè)置為20dB， 光脈沖信號脈寬調(diào)制為50ns ；；高壓電源模塊10輸出設(shè)置為5V。 本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求1.一種大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，所述的接收鏡頭(1)包括成像透鏡、窄帶濾光片，用于收集信號光再經(jīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，所述的光衰減器(2)為連續(xù)可調(diào)光衰減器，與控制電路(9)連接，該控制電路(9)連續(xù)調(diào)整光衰減器(2) 的衰減系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，所述的光衰減器(2 )為由電機(jī)控制變化的可變光闌，或?yàn)檫B續(xù)漸變光衰減片，或?yàn)榭烧{(diào)光衰減器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，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(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)濾波電路(5)濾波后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(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，所述的判決電路(7)包括一個(gè)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(diào)制的比較ο
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，判決電路(7)的比較器光源的調(diào)制速率最高為10Mbps，光脈沖信號脈寬調(diào)制為10 50ns量級；當(dāng)光信號較弱時(shí)，使用比較器組成的判決電路(7)輸出脈沖信號寬度和光脈沖寬度相同；當(dāng)光信號增強(qiáng)，超過接收裝置放大電路的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，模擬信號出現(xiàn)展寬，判決電路(7)輸出的數(shù)字信號展寬為相同寬度的數(shù)字脈沖信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，控制電路(9)還與判決電路(7)連接，控制電路(9)用于對判決電路(7)直接輸入的數(shù)字信號進(jìn)行解碼處理，并通過數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)判斷，濾除隨機(jī)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)，并存儲通常條件下的光衰減器(2)工作狀態(tài)、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(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的大動(dòng)態(tài)范圍光電探測接收裝置，其特征在于，所述的控制電路(9)還有與外部設(shè)備相連的、用于數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)慕涌凇?br> 專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大動(dòng)態(tài)范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(shí)用新型顯著優(yōu)點(diǎn)是無線光總線系統(tǒng)中光接收動(dòng)態(tài)范圍大、接收視場大；充分發(fā)揮接收裝置的弱信號探測能力，提供一種在RSSI電路的基礎(chǔ)上，通過控制電路分別控制光衰減器等，并運(yùn)用比較器作為核心判決器件及限流電阻的使用，有效擴(kuò)展了接收裝置的動(dòng)態(tài)范圍。
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(yōu)先權(quán)日2011年7月17日
發(fā)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(tǒng)有限公司