可见光通信系统中无源光接收机的设计

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可见光通信技术(VLC)是近年来通信相关技术领域中的一项热门研究。该技术具有许多吸引人的优点:可使用区域广,无带宽限制,对无线电频段不干扰,没有电磁场辐射,高数据率(可达到1Gbps)等等。这些竞争优势使得人们从科学研究到工业生产中都对它产生了浓厚的兴趣。由于可见光在空间中的特定传播方式以及其可作为信号载体的特性,使得该技术代替现有的光纤传输以及以电磁波为媒介的信号传输方式,将在未来广泛应用于无线传输网络中。硅光电池是一种常用的光伏器件。它可以在不外加能源的情况下,将光信号转化为电信号。本论文基于硅光电池的这一特性,将硅光电池用作可见光通信的接收端探测器,接收探测可见光信号并在内部将它转化为电信号进行输出。同时对光信号进行能量收集,以类似光电池的方式对电路部分进行自供能,实现了接收模块的无源化。电路部分对所收集能量和信号分别进行处理,最终完成了接收机对可见光信号数据的接收。本文设计了一种集成化可见光无源接收专用集成电路,基于硅光电池无需额外供能便可将光信号探测并转化为电信号的特点,使用其作为可见光接收器件,实现对空间可见光信号的无源探测和传输。集成化、低功耗等特点使得该模块有望代替现有分立元件结构,在将来广泛应用于小型可见光标签和物联网系统中。电路部分采用TSMC0.18μm标准CMOS工艺实现。设置硅光电池在500Lx的光照度条件下工作,为电源管理部分提供2V的输入电压,输出为1.8V;接收部分3dB带宽为67.2kHz,输出为0-1.8V标准数字信号。整体芯片面积为615×460μm~2,电路的静态功耗约为1.5mW,可以满足一定速率下的无源可见光接收功能。
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