本文關(guān)鍵詞：大功率LED光調(diào)制和光脈沖整形技術(shù)研究

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【摘要】：LED以其高光效、長壽命、低壓驅(qū)動、全固態(tài)和無汞環(huán)保等諸多優(yōu)點,逐漸大規(guī)模應(yīng)用于普通照明。LED還具有光電響應(yīng)速度快的特點,在滿足照明需求的同時可兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ�。作為光通信光�?LED與激光二極管(LD)相比,具有發(fā)射功率大、驅(qū)動控制簡單、成本低和壽命更長的優(yōu)點,較大的發(fā)散角使得對接收端的對準(zhǔn)比較容易,或具有較好的移動性。因此基于LED的無線光通信引起了研究人員的廣泛關(guān)注。但LED光電響應(yīng)速率比LD慢,其光調(diào)制帶寬比LD要低。而且,大功率LED比小功率LED的響應(yīng)時間要慢,1W或以上的大功率LED響應(yīng)帶寬不到10MHz,在有限的調(diào)制帶寬下,如何提高傳輸速率是需要解決的主要問題之一。不僅如此,為滿足到接收端足夠的信號強度和信噪比(SNR),較大的發(fā)散角也意味著光源需要較大的發(fā)射功率。考慮到專門設(shè)計高速響應(yīng)LED對出光效率的影響、成本和實際應(yīng)用問題,采用外部驅(qū)動電路提高現(xiàn)有大功率LED的調(diào)制速率是比較可行的措施。本文首先介紹了LED的發(fā)光原理并對其器件特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。然后分析了LED的光-電脈沖響應(yīng)對其響應(yīng)速率的影響。為找出影響LED響應(yīng)速率的原因,設(shè)計了脈沖驅(qū)動下電子/空穴(載流子)的抽出實驗,觀察LED芯片表面的光場分布變化,揭示了LED脈沖響應(yīng)延遲的原因,由此分析了載流子內(nèi)部傳輸過程。研究了驅(qū)動電路晶體管大電流工作時的基區(qū)載流子存儲對光信號質(zhì)量的影響,采用在連續(xù)“1”出現(xiàn)的時候,通過對FPGA編程,在兩個碼元的高電平之間插入一個短暫的低電平間隙的方法,消除了載流子存儲效應(yīng)對晶體管調(diào)制速率的影響。在充分了解影響LED調(diào)制速率的因素的基礎(chǔ)上,設(shè)計FPGA控制下的光脈沖整形方案來提高傳輸速率,信號脈沖經(jīng)由FPGA后產(chǎn)生另外兩路相位關(guān)聯(lián)的短脈沖,控制驅(qū)動電路分別在信號脈沖上升沿施加一個瞬時高壓加速載流子注入,在脈沖下降沿使LED兩端短路將剩余載流子泄放掉。為了驗證光脈沖整形電路的效果,采用PIN管作為光電檢測器設(shè)計了光接收電路。眼圖和誤碼率測試結(jié)果表明,在接近安培量級的峰-峰值調(diào)制電流下,通過這種同步控制方法使光信號質(zhì)量得到改善,傳輸速率得到有效提高。
【關(guān)鍵詞】：大功率LED 光調(diào)制 脈沖調(diào)制 無線光通信 FPGA
【學(xué)位授予單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM923.34
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-14
• §1.1 研究背景8
• §1.2 LED與LD的對比8-9
• §1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• §1.4 LED光通信的應(yīng)用10-11
• §1.5 課題研究的意義11-12
• §1.6 論文研究內(nèi)容與創(chuàng)新點12-14
• §1.6.1 論文研究內(nèi)容12-13
• §1.6.2 論文的創(chuàng)新點13-14
• 第二章 LED的工作原理與特性研究14-19
• §2.1 LED的發(fā)光原理14-15
• §2.2 LED的器件特性15-18
• §2.2.1 LED的伏安特性15-16
• §2.2.2 LED的調(diào)制特性16-17
• §2.2.3 LED的光學(xué)特性17-18
• §2.3 本章小結(jié)18-19
• 第三章 大功率LED光調(diào)制和接收電路設(shè)計19-36
• §3.1 LED的脈沖調(diào)制特性19-20
• §3.2 脈沖驅(qū)動下LED表面光場分布與發(fā)光時延機制分析20-23
• §3.3 調(diào)制速率受電子器件的限制及改善23-25
• §3.4 光脈沖整形電路設(shè)計25-27
• §3.5 光接收系統(tǒng)27-35
• §3.5.1 光接收機的主要性能指標(biāo)27-29
• §3.5.2 光電檢測器29-31
• §3.5.3 前置放大器設(shè)計31-34
• §3.5.4 AGC技術(shù)34-35
• §3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于FPGA的調(diào)制和控制信號設(shè)計36-45
• §4.1 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計36
• §4.2 偽隨機序列的產(chǎn)生36-38
• §4.2.1 m序列產(chǎn)生原理36-37
• §4.2.2 基于FPGA的m序列發(fā)生器37-38
• §4.3 調(diào)制編碼技術(shù)研究38-42
• §4.3.1 常用的調(diào)制編碼技術(shù)38-39
• §4.3.2 幾種調(diào)制方式的性能比較39-41
• §4.3.3 基于FPGA的PPM調(diào)制41-42
• §4.4 基于FPGA的多路相位關(guān)聯(lián)控制信號42-44
• §4.5 本章小結(jié)44-45
• 第五章 電路調(diào)試與結(jié)果分析45-54
• §5.1 實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)45-46
• §5.2 大功率LED脈沖調(diào)制實驗46-47
• §5.3 眼圖測量47-50
• §5.4 誤碼率測試50-52
• §5.5 失步功率測試52
• §5.6 本章小結(jié)52-54
• 第六章 總結(jié)與展望54-56
• §6.1 總結(jié)54-55
• §6.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61-62
• 作者在攻讀碩士期間主要研究成果62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：803755