可见光通信系统发射模块的关键集成电路设计

摘要

可见光通信（VLC）技术利用LED的高速调制特性，将LED的照明和无线光通信结合提供了一种全新的无线通讯方式。可见光通信技术具有发射功率高、安全性高、无电磁污染以及无需申请频谱许可等优势，使其在无线通信领域得到了越来越多的重视。CMOS工艺由于有及程度高与成本低等诸多优点在无线通讯领域有广泛的应用。随着可见光技术的发展，迫切需要研制用于可见光通信的专用集成电路芯片。
　　本研究介绍了可见光通信技术的发展和趋势，分析了可见光通信的研究进展。对可见光通信技术从系统结构、链路、信道、编码方式等进行了深入分析，并介绍了LED光源以及光电二极管的相关理论，对LED的伏安特性、调制特性、光谱特性、辐射特性进行了具体分析，分析了光电探测器的工作特性和特性参数。最终选择了本次设计的红光LED和相应的PIN探测器，根据所选器件设计了相应的发射机和接收机，搭建了测量LED频率响应的可见光通信系统，并对红光LED的频率响应曲线进行了测量。重点研究了LED预加重电路的原理并根据前面测量的LED频率响应曲线设计了基于标准 CMOS工艺的带有预加重电路的LED调制驱动电路，对集成电路版图的设计进行了简单介绍，并进行了LED预加重调制驱动电路的版图设计，芯片面积为600μm×800μm，提供LED的直流工作电流为30mA。最后经流片后经过设计相应的 PCB测试电路板对本次试验所设计的芯片进行了带宽测试，最终成功的将LED的调制带宽从12MHz提高到了102MHz，极大地提高了LED的调制带宽，增大了可见光通信系统的传输能力。

目录

声明

第1章绪论

1.1 可见光通信研究背景

1.2 可见光通信的发展和研究现状

1.3 本课题的研究目的与研究意义

1.4 本课题研究内容以及论文的组织结构

第2章可见光通信系统理论基础

2.1 可见光通信系统架构

2.2 可见光通信系统的链路分析

2.3 可见光通信信道分析

2.4 LED的调制编码分析

2.5 本章小结

第3章可见光通信系统关键器件选型

3.1 LED工作原理及分类

3.2 LED光源的工作特性与选型

3.3 可见光探测器特性与选型

3.4 LED驱动电路以及带宽测量

3.5 本章小结

第4章LED调制预加重电路设计

4.1 带有预加重的LED调制驱动电路设计

4.2 LED预加重驱动调制电路设计与仿真

4.3 本章小结

第5章版图设计以及测试

5.1 版图设计规则

5.2 LED预加重调制驱动版图设计

5.3 流片以及测试结果

5.4 本章小结

第6章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢