高速弱信号获取电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路技术，特别涉及高速弱信号获取电路。
【背景技术】
[0002]白光LED (Light-Emitting D1de，发光二极管)作为一种固态光源具有发光效率高、尺寸小、寿命长等优点，将取代传统的照明设备成为下一代环保照明光源。作为一种半导体光子器件，白光LED的快速响应特性使其具有高速调制的特点，可以将信号以人眼无法感知的速度调制到LED光源上进行数据传输。基于LED的上述特点，产生了一种深度耦合照明与数据传输的新技术，即可见光通信技术(Visible Light Communicat1n,简称VLC)。VLC技术作为一种光无线通信技术具有发射功率高、无需频谱申请、带宽高、无电磁干扰并且安全可靠等优点，可以作为频谱日益紧张的无线射频通信技术的补充。
[0003]相比红外无线光通信系统，VLC系统中白光LED发出的光对人眼安全，因此发射功率可以很高，但是，由于LED的发光模式遵循朗伯发散模式，在离光源较远距离处，即便有较高的发射功率，光强依然很弱。而且，VLC系统大多设计成光强度调制、直接检测系统(Intensity Modulat1n/Direct Detect1n，简称IM/DD)，接收机光电检测器件接收到的光信号的强弱将直接决定整个系统能否正常的工作。当接收机光电检测器件接收到的光信号很弱时，后续的处理电路将会发生较大的偏差，不能保证信息的准确传输。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高速弱信号获取电路，使得高速可见光携带的信息可以被准确地接收与处理，减弱光强衰落的影响，提高系统的可靠性。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种高速弱信号获取电路，包含:N个光电检测单元、N个放大器与親合处理单元；
[0006]其中，N为自然数，且大于或者等于I ;
[0007]一个所述光电检测单元仅与一个所述放大器相连；所述耦合处理单元与所有所述放大器均相连；
[0008]所述光电检测单元用于将检测到的高速可见光信号转换成电信号，并将所述电信号输出至所述放大器；
[0009]所述放大器将所述电信号进行放大，并将放大的所述电信号输出至所述耦合处理单元;
[0010]所述耦合处理单元将接收到的电信号进行合并，获取合并信号。
[0011]本发明实施方式相对于现有技术而言，包含N个光电检测单元、N个放大器与耦合处理单元，其中，N为自然数，且大于或者等于I ;一个光电检测单元仅与一个放大器相连，
親合处理单元与每一个放大器均相连，也就是说，放大器与光电检测单元--对应地连接，
而所有放大器均与耦合处理单元相连。在本发明中，是利用N个光电检测单元将检测到的高速可见光信号分别转换成N路电信号，并将这N路电信号分别输出至相应的放大器，其中，高速可见光信号的频率为150MHz，而且强度很弱。相应地，由光信号转换而来的电信号强度也很弱。N个放大器将N路强度很弱的电信号分别进行放大，并将放大后的N路电信号分别输出至耦合处理单元。耦合处理单元将接收到的N路放大后的电信号进行合并，获取合并信号，其中，该合并信号与由高速光信号直接转换而来的单路电信号相比，其强度足以满足后续处理电路的需要，使得高速可见光携带的信息可以被准确地接收与处理，降低光强衰落的影响，提高系统的可靠性。
[0012]另外，还包含比较单元与选择器；所述比较单元取所有放大器输出的电信号的直流成分，进行比较后，输出控制信号控制所述选择器将所述直流成分的强度最大的电信号输出至所述耦合处理单元。
[0013]由于比较单元对经放大器放大的电信号进行比较后将产生的控制信号输出至选择器，选择器在接收到控制信号时，只选择强度最大的电信号并输出至耦合处理单元，也就是选择了携带信息的最佳信号，进一步减弱了光强衰落的影响，而且，电路简单，易于实现。
[0014]另外，所述比较单元包含:积分器与比较器；所述积分器获取所有所述放大的电信号中的直流信号，分别对所述直流信号进行积分，并将获取的所述直流信号的平均值输出至所述比较器；所述比较器对接收到的所有所述直流信号的平均值进行比较，根据强度最大的直流信号输出所述控制信号。
[0015]积分器获取N路放大的电信号中的直流信号，并在对各直流信号进行积分后将得出的直流信号的平均值输出至比较器，比较器对接收到的所有直流信号的平均值进行比较，并根据强度最大的直流信号输出控制信号，其中，该控制信号包含强度最大的电信号的信息。通过这种方式产生用于选择强度最大的电信号的控制信号，方法简单，易于实现。
[0016]另外，所述耦合处理单元包含:耦合器、模数转换器与微处理单元MCU ;所有所述放大器均与所述耦合器相连；所述耦合器经所述模数转换器与所述MCU与相连；所述耦合器将所有所述放大的电信号均耦合至所述模数转换器；所述模数转换器将接收的信号转换为数字信号，并输出至所述MCU ;所述MCU对接收的信号进行处理后获取所述合并信号。另夕卜，所述耦合器为变压器；所述变压器将所有所述放大的电信号合并后耦合至所述模数转换器。利用变压器实现电信号的合并与耦合的功能，可以将电信号中的直流信号过滤掉，只保留携带信息的信号成分，使得信号更洁净，更可靠。
[0017]另外，所述光电二极管为本征光电二极管PIN。本征光电二极管PIN (Positive-1ntrinsic-Negative,正极-本征-负极)虽然没有内部电流增益，但在较大的输入光功率范围内却有很好的光电转换线性度，并且设计电路相对简单。
[0018]另外，所述N个光电检测单元排列形成具有周期性的光电检测阵列。另外，所述放大器与所述耦合处理单元集成在印刷电路板PCB中。另外，所述光电二极管ro通过焊盘连接在印刷电路板PCB上。
[0019]将N个光电检测单元设置为具有周期性的光电检测阵列，而且，放大器与耦合处理单元集成在印刷电路板PCB中，其中，光电二极管ro通过焊盘连接在PCB上。以该方式设计的高速弱信号获取电路体积小，满足集成的需求，具有实现大规模集成化的前景。
【附图说明】
[0020]图1是根据本发明第一实施方式的高速弱信号获取电路的结构示意图；
[0021]图2是根据本发明第二实施方式的高速弱信号获取电路的结构示意图；
[0022]图3是根据本发明第三实施方式的高速弱信号获取电路的结构示意图；
[0023]图4是根据本发明第四实施方式的高速弱信号获取电路的结构示意图；
[0024]图5是根据本发明第五实施方式的高速弱信号获取电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0026]本发明的第一实施方式涉及一种高速弱信号获取电路，具体结构如图1所示，包含N个光电检测单元、N个放大器与耦合处理单元。
[0027]其中，N为自然数，且大于或者等于I ;光电检测单元中包含至少一个光电二极管(Photo D1de,简称PD)，也就是说，可以只包含一个PD，也可以包含多个PD，可视具体情况而定。在本实施方式中，光电二极管为本征光电二极管PIN。本征光电二极管PIN虽然没有内部电流增益，但在较大的输入光功率范围内却有很好的光电转换线性度，使得设计电路相对简单。
[0028]如图1所示，一个放大器仅与一个光电检测单元相连；耦合处理单元与每一个放大器均相连。具体地说，光电检测单元用于将检测到的高速可见光信号转换成电信号，并将该电信号输出至相应的放大器，其中，高速可见光信号携带传输的信息。具体地说，N个光电检测单元将检测到的高速可见光信号分别转换成N路电信号，并将这N路电信号分别输出至相应的放大器。其中，高速可见光信号为LED发出的可见光，并经高速调制，携带有进行传输的信息；但由于光电检测单元与LED之间的距离较远，光电检测单元所在位置的光强很弱，所以，相应地，由光信号转换而来的电信号强度也很弱。
[0029]放大器将接收到的电信号进行放大，并将放大后的电信号输出至耦合处理单元。也就是说，N个放大器将N路强度很弱的电信号分别进行放大，并将放大后的N路电信号分别输出至耦合处理单元。
[0030]耦合处理单元将接收到的N路电信号进行合并，以获取合并信号。也就是说，耦合处理单元可以将接收到的N路放大后的电信号进行叠加或者加权合并，获取合并信号。由于信号叠加与加权合并是现有成熟的技术，在此不再赘述。
[0031]具体地说，在本实施方式中，耦合处理单元可以包含:耦合器、模数转换器与微处理单元(MCU)。所有放大器与耦合器均相连，耦合器经模数转换器与MCU与相连；耦合器将经放大器放大的电信号耦合至模数转换器，其中，电信号是模拟信号；模数转换器将接收的电信号转换为数字信号，并输出至MCU ;MCU将接收的数字信号进行处理后获取合并信号。其中，该合并信号与由高速光信号直接转换而来的单路电信号相比，其强度足以满足后续处理电路的需要，使得高速可见光携带的信息可以被准确地接收与处理，减弱光强衰落的影响，提尚系统的可靠性。
[0032]另外，在本实施方式中，N个光电检测单元可以排列形成具有周期性的光电检测阵列；放大器与耦合处理单元可以集成在印刷电路板PCB上；光电二极管ro可以通过焊盘连接在PCB上。其中，每一个ro的尺寸、光电检测阵列的尺寸、光电检测阵列的形状、周期均可根据需要进行设置，以使信息被及时地接收与处理。
[0033]由于将N个光电检测单元设置