大功率LED光調(diào)制和脈沖邊沿加速的研究.pdf

1、LED以其高光效、長(zhǎng)壽命、全固態(tài)和無汞環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在照明領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)照明光源相比,它的另外一大特點(diǎn)就是光電響應(yīng)速率快,可達(dá)到幾十MHz的響應(yīng)帶寬,因而也是光通信光源一個(gè)很好的選擇,與激光光源相比,它又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、大功率、成本低的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)、金融乃至軍事領(lǐng)域,對(duì)通信的安全性、機(jī)動(dòng)性和便捷性要求越來越高。相對(duì)激光適合點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)母叻较蛐远?LED的發(fā)散角特性和大功率正適合于寬覆蓋范圍的無線組網(wǎng)光通信

2、,組建無線光局域網(wǎng)絡(luò),應(yīng)用于信息安全度要求較高或射頻干擾要求比較苛刻的地方。近年來基于照明LED的可見光通信(Visible Light Communication,VLC)研究,及智能化照明技術(shù)引起相關(guān)研究人員的重視。不過大功率LED的芯片面積較大,比小功率器件的時(shí)間響應(yīng)要慢,發(fā)射功率與傳輸速率存在比較突出矛盾。因此如何提高大功率器件的調(diào)制速率也是LED光通信在發(fā)射端首先要解決的關(guān)鍵問題。
　　本文對(duì)于目前LED照明的技術(shù)狀況和

3、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的考察,充分了解了LED無線光通信的研究現(xiàn)狀和需要解決的問題。首先分析了LED器件的光電特性,發(fā)現(xiàn)LED的發(fā)光脈沖響應(yīng)明顯滯后于注入電流脈沖。設(shè)計(jì)一個(gè)短脈沖注入-泄放實(shí)驗(yàn)觀察LED芯片的光場(chǎng)分布變化,該實(shí)驗(yàn)揭示了大尺寸芯片LED發(fā)光的瞬時(shí)響應(yīng)在脈沖上升沿以及下降沿的延遲機(jī)理,由此分析了載流子在LED器件內(nèi)部的輸運(yùn)過程和存儲(chǔ)效應(yīng)。
　　在充分了解LED瞬態(tài)響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)通過外部驅(qū)動(dòng)電路來加速其光脈沖調(diào)制速率

4、。對(duì)于脈沖上升沿的加速采用瞬時(shí)過壓的方法來實(shí)現(xiàn);下降沿加速通過泄放電路實(shí)現(xiàn),即在脈沖結(jié)束時(shí)將LED兩極短路或反偏迅速將剩余載流子抽出,使光信號(hào)拖尾縮短,從而大大提升了大功率LED的調(diào)制速率。通過對(duì)比碼元速率為4Mb/s時(shí),普通LED驅(qū)動(dòng)電路與本文加速驅(qū)動(dòng)電路的眼圖,驗(yàn)證了通過該驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制后對(duì)傳輸信號(hào)通信質(zhì)量的提升。最后利用 FPGA對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行16PPM調(diào)制,通過Xilinx ISE軟件平臺(tái)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試與測(cè)試,最終下載到FPGA芯