光电检测集成芯片
阅读：806发布：2020-05-11
专利汇可以提供光电检测集成芯片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及可见光通信领域，公开了一种光电检测集成芯片。本发明中，包含内部集成了光电 信号 处理 电路 的印刷 电路板 PCB和光电 二极管 PD阵列，其中，PD阵列位于PCB上，PD阵列中的每一个PD上都具有一个正极和一个负极，PCB上具有与正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，且正极与正极焊盘电连接，负极与负极焊盘电连接。与 现有技术 相比，直接将PD裸片与PCB中的光 电信号 处理电路电连接，降低了寄生 电阻 和寄生电感效应，从而提高了光电 信号处理 电路的灵敏度，进而提高了整个光电检测集成芯片的性能，而且工艺简单，成本低廉，成品率高，适合产业化生产。，下面是光电检测集成芯片专利的具体信息内容。
1.一种光电检测集成芯片，应用于可见光通信系统，其特征在于，包含：内部集成了光电信号处理电路的印刷电路板PCB和光电二极管PD阵列，所述光电二极管PD阵列中的每一个PD为PD裸片；
所述PD阵列位于所述PCB上；
所述PD阵列中的每一个PD上都具有一个正极和一个负极；
所述PCB上具有与所述正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，且所述正极与所述正极焊盘电连接，所述负极与所述负极焊盘电连接。
2.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述每一个PD的尺寸以及所述PD阵列的面积根据信号传输的速率和距离确定。
3.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述正极和负极分别位于所述每一个PD的上下两个面上。
4.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述正极与所述正极焊盘之间的电连接通过引线键合技术实现；
所述负极与负极焊盘之间的电连接通过导电胶实现。
5.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述正极通过金引线、铜引线或铝引线与所述正极焊盘电连接。
6.根据权利要求5所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述金引线、铜引线或铝引线以最短的长度将所述正极与所述正极焊盘电连接。
7.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述正极焊盘和负极焊盘表面镀金、铜或铝。
8.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述PD阵列为本征光电二极管PIN阵列或雪崩二极管APD阵列。
9.根据权利要求1所述的光电检测集成芯片，其特征在于，还包含集光元件、滤光元件和聚氯乙烯PVC或铝合金架构；
所述集光元件通过所述PVC或铝合金架构安装在所述PD阵列上方；
所述滤光元件通过所述PVC或铝合金架构安装在所述集光元件上方。
10.根据权利要求9所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述集光元件为平凸透镜或菲涅尔透镜。
11.根据权利要求9所述的光电检测集成芯片，其特征在于，所述滤光元件为滤膜或平板滤光片。
光电检测集成芯片
技术领域
[0001] 本发明涉及可见光通信领域，特别涉及光电检测集成芯片。
背景技术
[0002] 白光LED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 communication,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。近几年，伴随着白光LED技术的发展，VLC技术应用于各种场景的潜力开始彰显，得到国内外愈来愈广泛地关注。
[0003] 如图1所示为VLC系统框图，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。VLC系统大多设计成光强度调制、直接检测系统(Intensity modulation/direct detection，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。同时LED发出的光是经过高速调制的，接收机的带宽与响应速率必须能够与调制信号光源相匹配。可见光通信技术理论上能够获得极高的带宽，深度结合了照明与通信，随着照明LED的推广与普及，该技术得到了愈来愈广泛的关注。设计出花费低并且性能优异的光电检测集成芯片是VLC技术发展并普及的关键。
[0004] 可见光通信集成接收机包含光路系统、光电检测器件、光电信号读取电路以及整个系统的集成。光路系统用于收集光线并滤除不需要的波段，光电检测器件用于将光信号转化为电信号，光电信号处理电路在PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)中设计完成。其中，光电检测集成芯片的基本功能是将光信号转化为电信号，无线光通信用光电检测器件一般选择PIN(Positive-intrinsic-negative)光电二极管或者APD(avalanche photodiode，雪崩二极管)。由于工作机理的不同，APD因内部载流子的雪崩效应能够获得高的内部电流增益，灵敏度高，但APD的非线性效应使得其前端信号读取电路设计复杂并且所需偏压太高，相对于PIN等探测器件，成本偏高。在可见光应用环境中，环境杂散光是主要的噪声源，APD的雪崩增益特性使得环境杂散光生成的噪声信号也获得增益，这种噪声很可能淹没信号。反观PIN光电二极管，虽然没有内部电流增益，在较大的输入光功率范围内有很好的光电转换线性度，并且设计电路相对简单，成本低，因此可见光通信通常选择PIN作为光电检测器件。
[0005] 硅基PIN光电二极管是一种比较常用并且价格低廉的光电二极管，具有很宽的光谱响应范围，能够响应波长190nm到1100nm范围的光。选择硅PIN光电二极管具有很强的灵活性，可以根据需要制备红外与可见光光谱范围的探测器件。在特定的滤光元件的帮助下，可以获得想要的响应波段。PIN光电二级管有不同光敏面积，大光敏面PIN光电二级管，能够接收足够大的辐射光功率，实现高的光增益，但大的光敏面会导致大的结电容，减少了系统带宽。小的光敏面积PIN光电二级管，能够尽可能避免结电容带来的问题，但会导致大的光功率损失。因此，为了满足高速通信的要求，考虑将多个具有一定光敏面的PIN光电二级管以一定的间隔排列成成紧凑的阵列形状，以实现结电容与接收光敏面之间的平衡。将光检测元件制作成阵列形式同时为光信号的分集接收技术提供了发展潜力，例如多MIMO(多输入多输出)技术在可见光通信中的应用。
[0006] 传统的PIN光电二级管阵列的制备是通过特殊工艺在一块半导体基片上实现，采用衬底感光模式，与集成电路的互连通过PIN芯片正面的凸点与集成上的焊盘以倒装焊连接(flip-chip)的方式实现，这种方法可以很大程度上减少寄生效应，缩小系统尺寸，但对工艺要求高，花费大，在生产过程中易出现不良品，无形中增加经济成本，不利于该产品的市场竞争力。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种光电检测集成芯片，使得PD(Photo Diode光电二极管)阵列可以通过传统的引线键合技术与PCB中的光电信号处理电路互连，工艺简单，成本低廉，并且能够使整个光电检测集成芯片的结电容与接收光敏面积之间达到平衡。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种光电检测集成芯片，包含内部集成了光电信号处理电路的印刷电路板PCB和光电二极管PD阵列；
[0009] 所述PD阵列位于所述PCB上；
[0010] 所述PD阵列中的每一个PD上都具有一个正极和一个负极；
[0011] 所述PCB上具有与所述正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，且所述正极与所述正极焊盘电连接，所述负极与所述负极焊盘电连接。
[0012] 现有技术中的光电检测集成芯片中的PD阵列的制备是通过特殊工艺在一块半导体基片上实现，采用衬底感光模式，与集成电路的互连通过PD正面的凸点与集成电路上的焊盘以倒焊连接(flip-chip)的方式实现，这种方法可以很大程度上减少寄生效应，缩小系统尺寸，但对工艺要求高，花费大，在生产过程中易出现不良品，无形中增加经济成本，不利于该产品的市场竞争力。在本发明中，光电检测集成芯片中的PCB中预先集成了光电信号处理电路，而且在PCB上有与PD阵列中每一个PD中的正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，通过把这些正负极焊盘和正负极进行电连接，就能够直接将PD裸片与PCB中的光电信号处理电路互连，当有光照射到PD阵列上时，PD阵列就能够将光信号转化为电信号传输给PCB中的光电信号处理电路进行处理，以便于后续信号解码电路的解码。直接将PD裸片与PCB中的光电信号处理电路电连接，降低了寄生电阻和寄生电感效应，从而提高了光电信号处理电路的灵敏度，进而提高了整个光电检测集成芯片的性能，而且工艺简单，成本低廉，成品率高，适合产业化生产。
[0013] 优选地，所述每一个PD的尺寸以及所述PD阵列的面积根据信号传输的速率和距离确定。
[0014] 单个PD的尺寸越大，或PD阵列的总面积越大，就能够接收到传输距离更大的辐射光，进而辐射光功率更大，容易实现高的光增益，但大的尺寸或面积会导致大的结电容，进而导致信号响应速率下降，使光电信号处理电路的灵敏度降低，整个光电检测集成芯片的性能就下降；小尺寸的PD，或小面积的PD阵列，能够尽可能避免结电容带来的问题，信号响应速率较高，光电信号处理电路的灵敏度也会较好，但会导致大的光功率损失，这样整个光电检测集成芯片的性能也会因此下降。因此，需要综合考虑信息传输的速率和距离来确定每一个PD的尺寸和整个PD阵列的面积，以达到结电容与接收到的辐射光功率之间的平衡。
[0015] 优选地，所述正极和负极分别位于所述每一个PD的上下两个面上。
[0016] 每一个PD裸片的电极分置在上下两面，PD结构的特殊工作模式使其N层电极(即负极)必须通过衬底引出；为方便用电连接方式将PD的P极(即正极)与PCB上的正极焊盘相连，本发明中PD的正极被设置在PD的上表面。
[0017] 优选地，所述正极与所述正极焊盘之间的电连接通过引线键合技术实现；
[0018] 所述负极与负极焊盘之间的电连接通过导电胶实现。
[0019] 引线键合，俗称打线，是一种实现芯片与PCB电气互连的技术，与传统方式中先将PD阵列通过特殊工艺制备在一块半导体基片上，再通过倒焊连接将PD阵列与集成电路互连的方法相比，工艺简单，成本低廉，成品率高，易于实现产业化。
[0020] 通过导电胶实现PD与PCB之间的机械固定以及PD负极与PCB上负极焊盘之间的电连接。
[0022] 优选地，所述金引线、铜引线或铝引线以最短的长度将所述正极与所述正极焊盘电连接。
[0023] 金引线、铜引线或铝引线以最短的长度将正极与正极焊盘电连接，是因为引线越短，寄生电容和寄生电感效应就越小，光电信号处理电路接收信号的灵敏度就会越高，整个光电检测集成芯片的性能就会越好。
[0025] 本发明中优选镀金，以确保PD的正负极与PCB上的正负极焊盘之间键合的牢固度以及良好的信号传输。
[0027] 本发明中优选使用PIN，因为虽然APD因内部载流子的雪崩效应能够获得高的内部电流增益，灵敏度高，但APD的非线性效应使得其前端信号读取电路设计复杂并且所需偏压太高。在可见光应用环境中，环境杂散光是主要的噪声源，APD的雪崩增益特性使得环境杂散光生成的噪声信号也获得增益，这种噪声很可能淹没信号。而PIN光电二极管虽然没有内部电流增益，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，因此可见光通信通常选择PIN作为光电检测器件。
[0028] 优选地，所述PIN阵列为硅基PIN阵列。
[0029] 本发明中，优选具有光敏面硅基PIN，因为硅基PIN是一种比较常用并且价格低廉的光电二极管，具有很宽的光谱响应范围，能够响应波长190nm到1100nm范围的光，选择硅基PIN具有很强的灵活性，可以根据需要制备红外与可见光光谱范围的探测器件，且在特定的滤光元件的帮助下，可以获得想要的响应波段；而且具有光敏面的硅基PIN能够更有效地吸收辐射光功率。
[0030] 优选地，所述光电检测集成芯片还包含集光元件、滤光元件和聚氯乙烯PVC或铝合金架构；
[0031] 所述集光元件通过所述PVC或铝合金架构安装在所述PD阵列上方；
[0032] 所述滤光元件通过所述PVC或铝合金架构安装在所述集光元件上方。
[0033] VLC(visible light communication,可见光通信)技术采用蓝光LED激发荧光来实现白光照明和蓝光通信功能，因此在接收端必需过滤掉大量的照明用荧光和自然光等背景杂散光；硅基PIN能够响应波长190nm到1100nm范围的光，而VLC系统有用波段为450-460nm蓝光，考虑选择滤光元件以获得有用的波段。VLC系统中，LED发出的光具有发散特性，要实现较远距离传输，在接收机前端必须要放置集光元件。集光元件将接收到的光场成像到光电检测集成芯片上，从而产生一个表示被实际观察到的聚焦场；PVC或铝合金材料比较软，用PVC或铝合金材料做光电检测集成芯片的架构，有利于集光元件调节焦距。
[0034] 优选地，所述集光元件为平凸透镜或菲涅尔透镜。
[0035] 集光元件分成像式与非成像式两种，成像式可以使接收机封装体尺寸变小，可以使光电检测单元设计成易于扩展的平面结构，阵列可以做成足够大，以放置足够多的光电检测器件。
[0036] 对于成像集光器，市场上有很多元件可供选择，如平凸透镜或菲涅尔透镜。其中，菲涅耳透镜聚光效果优于平凸透镜，而且均匀度较好，并且价格低廉，。不足之处在于中心处出现了很强的亮斑，这种现象可以在设计光电检测阵列产生的信号处理电路时加以处理。
[0037] 优选地，所述滤光元件为滤膜或平板滤光片。
[0038] 滤光元件包括滤膜与平板滤光片，其中，滤膜是将一层滤膜镀在成像透镜上，这种选择能够获得比平板滤光片高3分贝的光增益，但将膜淀积在透镜表面工艺复杂，制作成本太大，因此本发明中优选在接收机最前端放置蓝色平板滤光片方式获得蓝光，使用蓝色平板滤光片能够获得所需的波段，并且有足够高的光透过率。附图说明
[0039] 图1是根据现有技术中可见光通信系统结构示意图；
[0040] 图2是根据本发明第一实施方式中的光电检测集成芯片示意图；
[0041] 图3是根据本发明第一实施方式中PCB中的PD阵列版图；
[0042] 图4是根据本发明第一实施方式中引线键合后PCB中的PD阵列示意图；
[0043] 图5是根据本发明第一实施方式中PCB中的光电信号处理电路结构图；
[0044] 图6是根据本发明第二实施方式中的光电检测集成芯片示意图；
[0045] 图7是根据本发明第二实施方式中的蓝色滤光片性能曲线示意图；
[0046] 图8是根据本发明第三实施方式中的光电检测集成芯片示意图；
[0047] 图9a是根据本发明第三实施方式中的直径为30毫米的K9平凸透镜聚光分布曲线示意图；
[0048] 图9b是根据本发明第三实施方式中的直径为30毫米的PMMA菲涅尔透镜聚光分布曲线示意图。
具体实施方式
[0049] 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。
[0050] 本发明的第一实施方式涉及一种光电检测集成芯片，包含内部集成了光电信号处理电路的印刷电路板PCB和光电二极管PD阵列。
[0051] 具体地说，如图2所示，PD阵列位于PCB上，PD阵列中的每一个PD上都具有一个正极2和一个负极3，PCB上具有与正极和负极一一对应的正极焊盘4和负极焊盘5，且正极与正极焊盘电连接，负极与负极焊盘电连接。
[0052] 上述PD阵列可以为本征光电二极管PIN管阵列或雪崩二极管APD阵列。本发明中优选使用PIN，因为虽然APD因内部载流子的雪崩效应能够获得高的内部电流增益，灵敏度高，但APD的非线性效应使得其前端信号读取电路设计复杂并且所需偏压太高。在可见光应用环境中，环境杂散光是主要的噪声源，APD的雪崩增益特性使得环境杂散光生成的噪声信号也获得增益，这种噪声很可能淹没信号。而PIN虽然没有内部电流增益，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，因此可见光通信通常选择PIN作为光电检测器件。在PIN中本发明优选光敏面的硅基PIN，因为硅基PIN是一种比较常用并且价格低廉的光电二极管，具有很宽的光谱响应范围，能够响应波长190nm到1100nm范围的光，选择硅基PIN具有很强的灵活性，可以根据需要制备红外与可见光光谱范围的探测器件，且在特定的滤光元件的帮助下，可以获得想要的响应波段；而且具有光敏面的硅基PIN能够更有效地吸收辐射光功率。
[0053] 如图2所示，PD阵列中的每一个PD裸片的上表面上都有一个正极2，下表面上都有一个负极3，PD结构的特殊工作模式使其N层电极(即负极)必须通过衬底引出；为方便用电连接方式将PD的P极(即正极)与PCB上的正极焊盘相连，本发明中PD的正极被设置在PD的上表面。对应的，PCB上也设置正极焊盘和负极焊盘分别与每一个PD的正极和负极对应。
[0054] 如图3所示为3毫米×3毫米光敏面硅基PIN的3×3阵列制作示意图，PCB上已完成了光生信号电路的设计。图3所示为PCB中部分PD阵列版图的俯视图。方形区域7处即为PD将要放置的位置，PD阵列间隔w为0.2毫米，最中间的PD，即图3中第二行左起第一个PD与第二个PD的间距比0.2毫米稍大，是因为要满足工程上的需要，为打线劈刀预留空间。每个方形区域内部的负极焊盘5表示单个PD的负极(即N层)与PCB电连接的部分，通过导电胶实现PD与PCB之间的机械固定以及PD负极与PCB上负极焊盘之间的电连接。每个方形区域外部的对应的正极焊盘4表示PD正极(即P层)与PCB连接的位置，使用金引线、铜引线或铝引线6(即图2中的编号6)通过引线键合技术或超声打线技术实现电连接，如图4所示为引线键合后PCB中的PD阵列俯视图。本实施方式中优选金引线，因为金引线寄生电效应更小，更利于信号的传输。引线键合，俗称打线，是一种实现芯片与PCB电气互连的技术，与传统方式中先将PD阵列通过特殊工艺制备在一块半导体基片上，再通过倒焊连接将PD阵列与集成电路互连的方法相比，工艺简单，成本低廉，成品率高，易于实现产业化。另外，正极焊盘与负极焊盘表面都会镀金或合金，本发明优选镀金，以确保PD的正负极与PCB上的正负极焊盘之间键合的牢固度以及良好的信号传输。
[0055] 在本实施方式中，金引线、铜引线或铝引线以最短的长度将正极与正极焊盘电连接，是因为引线越短，寄生电容和寄生电感效应就越小，光电信号处理电路接收信号的灵敏度就会越高，整个光电检测集成芯片的性能就会越好。
[0056] 在PCB上通过引线键合技术实现的PIN阵列制备，简单易行，能够使PIN裸片与后续电路直接通过PCB内部走线连接，减少了寄生电容与寄生电感效应，同时能够实现优良的热控制与封装的简化。
[0058] 理论上来说，单个PD的尺寸越大，或PD阵列的总面积越大，就能够接收到传输距离更大的辐射光，容易实现高的光增益，但单个PD尺寸大或PD阵列的总面积大会导致大的结电容，进而导致信号响应速率(也就是信号传输的速率)下降，使整个光电检测集成芯片的性能就下降；小尺寸的单个PD，或小面积的PD阵列，能够尽可能避免结电容大带来的问题，信号响应速率(也就是信号传输的速率)较高，但光电信号处理电路的灵敏度也会下降，导致整个光电检测集成芯片的性能也会因此下降。因此，需要综合考虑信息传输的速率和距离来确定每一个PD的尺寸和整个PD阵列的面积，以达到结电容与接收到的辐射光功率之间的平衡。此外，偏置电压越大，结电容越小，响应速度就越快，因此，在实际选择PD时，还需考虑PD的偏置电压。
[0059] 另外，本实施方式中的PCB是已经集成了光电信号处理电路的PCB。目前，对PD阵列产生信号的处理方式有多种，包括等增益合并(Equal Gain Combination,EGC)，选择信噪比最好的信号(Select Best,SB)，以及最大比合并(maximal-ratio combining)。与无线射频通信中的分集接收类似，最大比合并有着最好的接收效果，所以本实施方式中选择最大比合并的方式对PD阵列产生的信号进行处理。图5所示为以三路光电检测信号为例的正在设计中的光电信号处理电路的结构图。PD接收光信号之后将光信号转化为电信号，并把电信号传输给PCB中的光电信号处理电路进行处理，先经过前级放大器放大，然后经过信噪比估计，选择出有用的信号，然后将有用的信号经过增益可调放大器放大后选择合并，最后将合并后的信号输出给后续的信号解码电路，以便于解码。
[0060] 现有技术中的光电检测集成芯片中的PD阵列的制备是通过特殊工艺在一块半导体基片上实现，采用衬底感光模式，与集成电路的互连通过PD正面的凸点与集成电路上的焊盘以倒焊连接(flip-chip)的方式实现，这种方法可以很大程度上减少寄生效应，缩小系统尺寸，但对工艺要求高，花费大，在生产过程中易出现不良品，无形中增加经济成本，不利于该产品的市场竞争力。在本发明中，光电检测集成芯片中的PCB中预先集成了光电信号处理电路，而且在PCB上有与PD阵列中每一个PD中的正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，通过把这些正负极焊盘和正负极进行电连接，就能够直接将PD裸片与PCB中的光电信号处理电路互连，当有光照射到PD阵列上时，PD阵列就能够将光信号转化为电信号传输给PCB中的光电信号处理电路进行处理，以便于后续信号解码电路的解码。直接将PD裸片与PCB中的光电信号处理电路电连接，降低了寄生电阻和寄生电感效应，从而提高了光电信号处理电路的灵敏度，进而提高了整个光电检测集成芯片的性能，而且工艺简单，成本低廉，成品率高，适合产业化生产。
[0061] 本发明的第二实施方式涉及一种光电检测集成芯片。第二实施方式为第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：在本实施方式中，需在PD阵列上方通过聚氯乙烯PVC或铝合金架构8安装滤光元件9，如图6中所示。
[0062] VLC技术可以采用蓝光LED激发荧光来实现白光照明和蓝光通信功能，因此在接收端必需过滤掉大量的照明用荧光和自然光等背景杂散光。硅PIN光电二极管能够响应波长190nm到1100nm范围的光，而VLC系统有用波段为450-460nm蓝光，如图6中的编号10即表示波段为190nm到1100nm范围的环境光，编号11表示波段为450-460nm的蓝光，即信号光。本实施方式中考虑选择滤光元件以获得有用的波段。滤光元件包括滤膜与平板滤光片，在本实施方式中由于蓝光为有用的信号光，所以滤光元件可以选择蓝光滤膜或蓝光平板滤光片。
蓝光滤膜是将一层蓝色滤膜镀在成像透镜上，这种选择能够获得比平板滤光片高3分贝的光增益，但将膜淀积在透镜表面工艺复杂，制作成本太大，因此选择在PD阵列之上放置蓝色平板滤光片的方式获得蓝光。图7所示为蓝色滤光片性能曲线示意图，从图中可以看出，使用蓝色平板滤光片能够获得所需的波段，并且有足够高的光透过率。
蓝光滤膜是将一层蓝色滤膜镀在成像透镜上，这种选择能够获得比平板滤光片高3分贝的光增益，但将膜淀积在透镜表面工艺复杂，制作成本太大，因此选择在PD阵列之上放置蓝色平板滤光片的方式获得蓝光。图7所示为蓝色滤光片性能曲线示意图，从图中可以看出，使用蓝色平板滤光片能够获得所需的波段，并且有足够高的光透过率。
[0063] 此外，值的说明的是，除了可以采用蓝光LED实现蓝光通信功能，还可以采用其他波段的光作为信号光，只要在PD阵列之上放置适应该信号光波段的滤光元件即可，比如说，红色：622～597nm，橙色：597～577nm，黄色：577～492nm，绿色：492～455nm，蓝靛色：455～350nm，均可用作信号光。另外，也可以在白光LED的不同波段进行不同的信号传输，在PD阵列之上放置相对应的滤光元件进行不同波段信号的接收，从而达到波分复用的目的。
[0064] 不难发现，本实施方式为第一实施方式的进一步改进，第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
[0065] 本发明的第三实施方式涉及一种光电检测集成芯片。第三实施方式为第二实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：在本实施方式中，会在PD阵列上方与蓝色滤光片之间再通过PVC或铝合金架构安装集光元件12，如图8所示。
[0066] VLC系统中，LED发出的光具有发散特性，要实现较远距离传输，在PD阵列之上必须要放置集光元件。集光元件将接收到的光场成像到PD上，从而产生一个表示被实际观察到的聚焦场。集光元件分成像式与非成像式两种，成像式可以使整个光电检测集成芯片的封装体尺寸变小，同时可以使光电检测单元设计成易于扩展的平面结构，PD阵列可以做成足够大，以放置足够多的PD。
[0067] 为实现可见光的高带宽的通信，实现可见光的多波长检测与光的空间分布检测，设计了如图8所示的PD探测阵列。同时，为实现微弱光信号的高信噪比检测，减低系统的寄生电效应，实现高灵敏度的电探测，设计中，利用微电子封装工艺，将PD阵列与处理电路进行引线键合，尽量降低引线长度，并减少PD芯片与PCD衬底之间的信号通路，以实现高速高通量的检测。另外，为实现可见光通信信号的低成本高灵敏度的检测，基于微系统封装(SiP)的原理，构建了如图8所示的阵列芯片探测模组。该模组集成了聚光元件、滤光元件、PD阵列和后端的处理电路。通过导入微型光学组件，实现对可见光的有效汇聚，进而进一步提高探测灵敏度，增加通信距离。
[0068] 本实施方式中设计了合适的外壳(图8中未示出)将PD阵列与集成了光电信号处理电路的PCB、集光元件和聚光元件封装成一个整体，以保护器件，实现好的散热性并便于利用，该外壳为可伐金或铝合金外壳，可伐金或铝合金材料比较软，有利于与玻璃(即集光元件或聚光元件)粘合；选用PVC或铝合金材料制作台阶架构，用以固定各分离部件，另外，PVC或铝合金材料比较软，用PVC或铝合金材料做光电检测集成芯片的架构，有利于集光元件调节焦距；同时，PCB中预留焊盘位置，以与后续信号解码电路连接。这种集成方法，易于扩展，能够与解码以及通信协议电路快速地实现二次集成，花费较低。
[0069] 对于成像集光器，市场上有很多元件可供选择，如透镜、透镜组。其中，菲涅尔透镜聚光性能优异，并且价格低廉，成为一种值得考虑的选择。为了更好地选择集光元件，本实施方式中分析了普通平凸透镜与菲涅尔透镜两种透镜的聚光效果。图9a和图9b分别表示同等光照条件，直径同为30毫米的K9材料平凸透镜和PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)材料菲涅耳透镜在1平方厘米感光面上的聚光分布曲线图。从图中可以看出，菲涅耳透镜聚光效果优于平凸透镜，而且均匀度较好。不足之处在于中心处出现了很强的亮斑，这种现象可以在设计光电检测阵列产生的信号处理电路时加以处理。
[0070] 可见，本实施方式为第二实施方式的进一步改进，第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
[0071] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
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