驱动装置
阅读：987发布：2021-05-12
专利汇可以提供驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 灯具 驱动装置，用于与一个或多个发光 二极管 或其他 光源 一起使用，包括： 电压 控制 电路 ，配置为调节一个或多个 发光二极管 或其他光源的 电源电压 ；驱动电路，配置为向一个或多个发光二极管或其他光源提供驱动 电流 ，所述驱动电流取决于电源电压，其中驱动电路配置为基于调制的驱动 信号 调制驱动电流，使得一个或多个发光二极管或其他光源产生光学信号，其中驱动电路和控制电路中的至少一个可操作以适应多种不同类型的发光二极管或其他光源。，下面是驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种灯具驱动装置，用于一个或多个发光二极管或其他光源，包括：
电压控制电路，配置为将调节一个或多个发光二极管或其他光源的电源电压；
驱动电路，配置为向所述一个或多个发光二极管或其他光源提供驱动电流，所述驱动电流取决于所述电源电压，其中所述驱动电路配置为基于调制的驱动信号调节所述驱动电流，使得所述一个或多个发光二极管或其他光源产生光学信号，
其中所述驱动电路和控制电路中的至少一个可操作以适应多种不同类型的发光二极管或其他光源。
2.根据权利要求1所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述多种不同类型的发光二极管或其他光源包括具有不同最小和/或最大工作电流和/或电压电平、不同调制频率带宽、对输入电流的不同光学响应中的至少一个的发光二极管或其他光源。
3.根据权利要求1所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述控制电路包括监测装置，所述监测装置配置为监测所述驱动电路的参数，其中所述参数代表所述发光二极管或其他光源的运行。
4.根据权利要求3所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述控制电路还配置为基于所监测的参数自动调节所述一个或多个发光二极管或其他光源的所述电源电压。
5.根据权利要求4所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述调制驱动信号用于将所述驱动电流调制为具有在所需值范围内的值和/或所述电源电压的自动调节允许所述发光二极管或其他光源在所述值范围内的运行。
6.根据权利要求5所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述电源电压被选择为允许所述发光二极管或其他光源在所述发光二极管或其他光源的光功率输出-电流输入曲线的线性区域中。
7.根据权利要求6所述的灯具驱动装置，其特征在于，对所述发光二极管或其他光源的电压源的自动调节将所监测的参数保持在预定值或预定范围内或保持在最小值，可选地从而降低所述驱动电路的元件的功耗。
8.根据权利要求3至7所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括晶体管或其他电流和/或电压调节元件，所述晶体管或其他电流和/或电压调节元件配置为利用所述驱动信号控制所述驱动电流，并且所述驱动电路的所监测的参数代表或取决于所述晶体管或其他电流和/或电压调节元件的输入或输出电压或电流。
9.根据从属于权利要求7时的权利要求8所述的灯具驱动装置，其特征在于，所监测的参数保持在所述预定值或在所述预定范围内或保持在所述最小值，从而减小所述晶体管上的压降。
10.根据前述权利要求中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括：
补偿装置，配置为至少部分地减少由所述一个或多个发光二极管或其他光源产生的所述光学信号的失真。
11.根据权利要求10所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置还配置为至少部分地减少对由所述一个或多个发光二极管或其他光源对所述驱动信号的响应引起的所述光学信号的失真的贡献。
12.根据权利要求10或11所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述光学信号通过自由空间通信信道传送到接收器，并且所述补偿装置还配置为至少部分地减少对由所述自由空间通信信道引起的所述光学信号的失真的贡献。
13.根据权利要求11或12所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述光学信号的失真由所述光学信号的形状的变形表示，并且所述补偿装置配置为操纵所述驱动信号，以至少部分地减小所述光学信号的形状的所述变形。
14.根据前述权利要求中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置包括预均衡电路或预编码电路或预失真电路。
15.根据前述权利要求中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置包括配置为执行自适应比特和/或能量加载的电路。
16.根据权利要求14或15所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置包括一个或多个数字和/或模拟滤波器。
17.根据权利要求16所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述滤波器的滤波器系数具有预定值。
18.根据权利要求16所述的灯具驱动装置，其特征在于，使用信道状态信息，使所述一个或多个滤波器的至少一个属性，可选地所述滤波器的滤波器系数的值，适应于所接收的信号。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置配置为工作在频域中。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述补偿装置配置为工作在时域中。
21.根据前述权利要求中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，所述LED的类型包括磷光体转换LED、多芯片LED、微LED和谐振腔LED中的至少一个。
22.根据前述权利要求中任一项所述的灯具驱动装置，其特征在于，使用单载波调制方案、多载波调制方案和无载波调制方案中的至少一个来调制所述驱动信号。
23.一种装置，包括至少一个光源、根据权利要求1至22中任一项所述的灯具驱动装置、以及提供电源电压和/或驱动电流的电源。
24.一种操作至少一个光源的方法，所述至少一个光源包括根据权利要求1至22中任一项所述的灯具驱动装置中的至少一个光源，并且所述方法操作所述驱动电路和控制电路中的至少一个以适应所述光源。
驱动装置
技术领域
背景技术
[0002] 市场上存在多种不同类型的发光二极管(LED)，并且可以“现成”获得。每种类型的LED具有限定的一组工作条件，例如，LED将正确工作的电压和电流的最小值和最大值。每种类型的LED还具有一组固有的性能特征，例如，由LED产生的可实现的光强度。当在光学光通信的背景下使用时，这是相关的。LED的其他固有性能特征也与这种背景相关。例如，LED具有取决于制造方法和制成LED的材料的固有调制频率带宽。例如，有机发光二极管(OLED)通常在几百千赫的范围内具有低调制频率带宽。然而，固态LED通常在几兆赫的区域内具有更高的调制带宽。
[0003] 用于光学通信的灯具被设计用于特定目的。可以定制灯具的驱动电路的设计以结合特定类型和/或数量的LED。特别地，驱动电路可以根据LED的工作条件来定制以提供良好的性能。驱动电路还可以根据一个或多个LED来定制，以提供与独立LED的独立固有性能特性相比改进的性能。
[0004] 通常，根据特定类型的LED定制的定制驱动电路可能不适合与不同类型的LED一起使用。不适合的原因包括定制驱动电路被设定为提供相对于所选类型的LED而言不足的电压和/或电流，实际上导致光学信号质量降低。驱动电路中的其他元件的性能还取决于连接到驱动电路的LED的类型，并且使用除了定制驱动电路所针对的类型之外的其他LED类型可能导致LED和其他元件部分的工作效率低下。例如，如果驱动电路的元件是晶体管，则使用需要不同电压电平以在相同电流信号范围内工作的LED可能导致晶体管耗散不必要的高热能水平，从而导致驱动电路的低效率。在晶体管被破坏之前，晶体管还具有对压降的有限容限。因此，连接不同类型的LED具有损坏晶体管的风险。
[0005] 众所周知，可见光通信使用LED的强度调制。LED的固有特性是它们对输入电流的响应，输入电流在LED之间也各不相同，并且可以使用频率调制带宽来表征。连接到定制的LED驱动器的不同类型的LED可能无法在最初预期的整个调制带宽上提供(如通过信噪比测量的)足够质量的信号。
发明内容
[0006] 根据本发明的第一方面，提供了一种与一个或多个发光二极管或其他光源一起使用的灯具驱动装置，包括：电压控制电路，配置为调节一个或多个发光二极管或其他光源的电源电压；驱动电路，配置为向一个或多个发光二极管或其他光源提供驱动电流，驱动电流取决于电源电压，其中驱动电路配置为基于调制的驱动信号调制驱动电流，使得一个或多个发光二极管或其他光源产生光学信号，其中驱动电路和控制电路中的至少一个可操作以适应多种不同类型的发光二极管或其他光源。
[0007] 多种不同类型的发光二极管或其他光源可包括具有不同最小和/或最大工作电流和/或电压电平、不同调制频率带宽、对于输入电流的不同光学响应中的至少一个的发光二极管或其他光源。调制的驱动信号可以是调制光学信号以表示数据，例如输入信息信号的数据。
[0008] 控制电路可以包括监测装置，所述监测装置配置为监测驱动电路的参数，其中该参数表示发光二极管或其他光源的运作。控制电路还可以配置为基于所监测的参数自动调节一个或多个发光二极管或其他光源的电源电压。
[0009] 调制的驱动信号可以包括一系列值，并且电源电压的自动调节可以允许发光二极管工作在所述值范围内。电源电压可以选择为允许所述发光二极管或其他光源的工作在所述发光二极管或其他光源的光功率输出-电流输入曲线的线性区域中。
[0010] 对发光二极管或其他光源的电压源的自动调节可以将所监测的参数保持在预定值或预定范围内或保持在最小值，可选地由此降低驱动电路的元件的功耗。
[0011] 对发光二极管的电压源的自动调节可以将所监测的参数保持在极值以减少驱动电路的元件的功耗。
[0012] 驱动电路可以包括晶体管或其他电流和/或电压调节元件，该晶体管或其他电流和/或电压调节元件配置为使用驱动信号控制驱动电流，并且驱动电路的所监测的参数可以代表或取决于晶体管或其他电流和/或电压调节元件的输入或输出电压。所监测的参数可以保持在预定值或预定范围内或保持在最小值，从而减小晶体管或其他电流和/或电压调节元件上的压降。
[0013] 灯具的驱动电路可以包括补偿装置，所述补偿装置配置为至少部分地减少由一个或多个发光二极管或其他光源产生的光学信号的失真。
[0014] 所述补偿装置还配置为至少部分地减少对由所述一个或多个发光二极管或其他光源对所述驱动信号的响应引起的所述光学信号的失真的贡献。光学信号可以通过自由空间通信信道传送到接收器，并且补偿装置还可以配置为至少部分地减少对由所述自由空间通信信道引起的所述光学信号的失真的贡献。光学信号的失真可以通过光学信号的形状的变形来表示，并且补偿装置配置为操纵驱动信号以至少部分地减小所述光学信号的形状的变形。
[0015] 灯具的补偿装置可包括预失真电路、预均衡电路或预编码电路中的至少一个。可选地，补偿装置可以配置为执行自适应比特和能量加载。
[0016] 补偿装置可包括一个或多个数字和/或模拟滤波器。可以预先确定表示滤波器的系数。可以使用信道状态信息使系数适应于所接收的信号。预编码(例如，预失真)步骤可以是对信息信号的变换，该变换降低信号分布的峰值，并因此降低信息信号的峰值平均功率比(PAPR)。它也可以是反转LED或其他光源的非线性输入-输出特性以便减少导致性能下降的非线性失真的处理步骤。补偿装置可以应用任何合适的预编码/预失真技术。
[0017] 补偿装置可以配置为工作在频域或时域中。
[0018] 与灯具一起使用的发光二极管的类型可以例如具有低于1MHz，或低于2MHz，或低于10MHz的固有光调制带宽。LED的类型可以是磷光体转换LED、多芯片LED、微LED和谐振腔LED之一。
[0019] 光信号和/或光学信号可以包括波长在1nm至2500nm范围内的电磁波。光和/或光学信号可包括紫外光、可见光、近红外光或太赫兹辐射。灯具驱动装置可以配置用于光学无线通信和/或可以形成光学无线通信系统的一部分。
[0020] 可以使用单载波调制方案、多载波调制方案和无载波调制方案中的至少一个来调制驱动信号。
[0021] 在本发明的另一方面，提供了一种装置，包括至少一个光源，如本文所要求保护或描述的灯具驱动装置，以及提供电源电压和/或驱动电流的电源。
[0023] 现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的各个方面，其中：
[0024] 图1是光通信系统的框图；
[0025] 图2是灯具的框图；
[0026] 图3是灯具的一方面的电路图；
[0027] 图4是电压控制电路的框图；
[0028] 图5是灯具的驱动电路的一部分的框图；
[0029] 图6是灯具的驱动电路的一部分的框图；以及
[0030] 图7是灯具的驱动电路的一部分的框图。
具体实施方式
[0031] 图1示出了说明光学无线通信原理的示意框图。发射器10配置为通过光通信信道11将光学信号发送到接收器12，其中信息被编码在光学信号中。光通信信道11可以是自由空间通信信道。还提供了驱动LED以产生包含编码信息的光学信号的驱动电路，以及用于接收光学信号的光电二极管和用于处理所接收的信号的电路/处理器。
[0032] 由于LED对驱动电流的频率响应而导致的LED的物理限制是对在发射器和接收器之间形成的光通信信道中的光学信号的失真(例如，光学信号的信噪比的降低)的显著贡献。还可以测量通道本身的频率响应。发射器和接收器之间的非平坦通信信道可以例如由在接收器处以不同时间点达到的相同光学信号的多个副本引起。
[0033] 将LED建模为低通滤波器可能很有用。LED的特征在于频域中的调制频率响应(并且等效地，特征在于时域中的脉冲响应)。给定调制频率下的增益可以定义为该频率下的光功率与参考调制频率下的光功率之比。可以选择参考调制频率，使得参考调制频率处的光功率是最大值和/或使得参考调制频率为零。在某个调制频率以上，LED的增益将小于某个阈值。通常，该阈值选择为负3dB。增益大于负3dB对应的衰减小于正3dB。在负3dB的较高带宽调制频率处的增益对应于在较高带宽调制频率处的光学信号变化的减半。该值通常取决于LED的注入载流子寿命和LED的寄生电容。
[0034] 图2示出了用于光通信的通用灯具驱动器的高级框图。灯具13具有控制电路14和驱动电路15。驱动电路15具有两个模块：发光二极管电路模块16和信号电路模块18。发光二极管电路模块16适于使得一个或多个发光二极管可以连接到灯具。接口20设置在发光二极管电路模块16和信号电路模块18之间。灯具13可以与不同类型的一个或多个发光二极管一起使用。灯具13通过电源连接24连接到电源22，并通过网络连接28连接到网络基础设施26。
[0035] 电源22可以是标准电源单元。电源22可以通过电源连接24向灯具13提供不同的电压电平。每个不同的电压电平可以存在于电源连接24的一个或多个电线中。所提供的不同电压电平可以称为电压轨。灯具13的不同元件可以根据元件的要求使用不同的电压电平。
[0036] 例如，可以将第一电压电平处的第一电压轨提供给发光二极管电路模块16，并且可以将第二电压电平处的第二电压轨提供给信号电路模块18。具体地，发光二极管电路模块16必须提供足够的电压电平以为连接的发光二极管供电，并且因此可能需要与信号电路模块18的元件部分不同的电压电平。
[0037] 控制电路14连接到发光二极管电路模块16和提供给发光二极管电路模块16的电压轨。控制电路14配置为控制提供给发光二极管电路模块16的电压轨。参考图3和图4更详细地解释控制电路14的操作。
[0038] 信号电路模块18配置为向发光二极管电路模块16提供驱动信号，从而允许产生光学信号。通过操纵驱动电流，信号电路模块18可以补偿并至少部分地减少由发光二极管电路模块16或由自由空间通信信道引起的光学信号中的任何失真。因为连接的LED不能实现所需的调制频率，因此可能存在失真。参考图5、图6和图7更详细地描述信号电路模块18。
[0039] 图3示出了驱动电路和控制电路的说明性实施例。驱动电路具有连接到电压供应线32的LED电路线30和附加信号电路34。控制电路由连接在LED电路线30和电压供应线32之间的控制电路36表示。
[0040] LED电路线30在电源电压输送线32和接地38之间延伸，并且在第一端处连接至电压供应线32，而在第二端处连接至接地38。在从电压供应端到接地端的方向上穿过LED电路线30，所述LED电路线30具有以下连接元件：第一LED 40、第二LED 42、控制电路连接44、晶体管46和电阻器48。控制电路连接44提供控制电路36和LED电路线30之间的连接。在替代实施例中，该装置可以配置用于安装任何合适数量的LED，例如单个LED或任何其他合适数量的LED，并且实施例不限于图3中所示的两个LED布置。LED可以串联或并联布置。
[0041] 晶体管46提供LED电路线30和附加信号电路34之间的接口。所示的晶体管46是单金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。然而，可以使用不同的晶体管技术。晶体管46具有三个端子：栅极端子、漏极端子和源极端子。晶体管46配置在电路中，使得信号电路34连接到栅极端子，以向晶体管46提供驱动信号50。栅极端子和源极端子连接在LED电路线30上，使得在晶体管46中的漏极端子和源极端子之间的连接形成LED电路线30的一部分。晶体管46取向使得漏极端子位于LED电路线30的电压供应线32侧，并且源极端子位于LED电路线30的接地38侧。
[0042] 转到控制电路36，图3示出了第一控制电路线52，其在第一端处连接到LED电路线30并且在第二端处连接到第二接地点54。所述第一控制电路线52的第一端处的连接是所述LED电路线30的控制电路连接44。从控制电路连接44到第二接地点54穿过第一控制电路线
52，连接有下列元件：控制电路电阻器56、控制电路连接点58和控制电路电容器60。控制电路电容器60和控制电路电阻器56一起为第一控制电路线52中的信号提供简单的RC滤波器。
第二控制电路线62将第一控制电路线52连接至电压供应线32。第二控制电路线62在控制电路连接点58处连接至第一控制电路线52，所述控制电路连接点58位于控制电路电阻器56和控制电路电容器60之间。连接在第二控制电路线62上的是电压控制电路64，电压控制电路
64将参考图4进行描述。
52，连接有下列元件：控制电路电阻器56、控制电路连接点58和控制电路电容器60。控制电路电容器60和控制电路电阻器56一起为第一控制电路线52中的信号提供简单的RC滤波器。
第二控制电路线62将第一控制电路线52连接至电压供应线32。第二控制电路线62在控制电路连接点58处连接至第一控制电路线52，所述控制电路连接点58位于控制电路电阻器56和控制电路电容器60之间。连接在第二控制电路线62上的是电压控制电路64，电压控制电路
64将参考图4进行描述。
[0043] 信号电路34配置为将驱动信号50提供给晶体管46的栅极以控制LED电路线30中的电流。电流的控制包括控制电流的大小。驱动信号50具有Vin的电压值。驱动信号50被调制并包含DC分量和AC分量。DC分量设定装置的工作点(通过LED的驱动电流的DC偏置)。AC分量对应于信号的调制并改变提供给LED的电流。参考图5至7更详细地讨论驱动信号的产生。
[0044] 电压轨的非零值提供电压供应线32和接地38之间的电压差。如果每个LED上的电压差足够高，则电压差允许驱动电流流过LED电路线30。驱动电流流过具有电阻(R)的电阻器48。可以选择电阻器48以稳定流过LED的驱动电流。晶体管46用于控制该电流，并且可以被认为是提供电压控制的电流源。当栅极电压以高于源极电压值的电压提供给晶体管46时，晶体管46的作用类似于漏极端子和源极端子之间的可变电阻器。在这种情况下，漏极端子和源极端子之间的电阻随栅极端子和源极端子之间的电压差而变化。通过向晶体管46提供电压，由LED电路线30上的晶体管提供的电阻也变化。对于给定的栅极电压值，在LED电路线30中存在相应的驱动电流值。该电流流动并被传递到第一LED 40和第二LED 42。
[0045] 对于LED电路线30中对应于晶体管46的输入电压的给定值ILED，LED电路线30的不同点处的电压具有不同的值。特别感兴趣的是电阻器48上的电压值，LED上的电压和晶体管46上的电压。
[0046] 对于给定的驱动电流值ILED，电阻器48上的电压为：VR＝ILED R。对于该相同的电流值，每个LED上的电压将对应于每个LED的固有电压-电流特性。每个LED的电压和电流之间的关系可以表示为可以近似为指数函数的函数：例如，电流大约是电压的指数函数。因此，LED两端的电压的微小变化可导致通过LED的电流的大的变化。此外，每个LED具有固有阈值特性。这可以在电流-电压函数中表示为对应于阈值电压值的阈值点。LED上的电压低于阈值电压值将对应于没有流过LED的电流，并且因此LED将不会在该电压值下产生任何光。晶体管46上的电压通常需要低的正值以允许电流流过晶体管46。LED的产生的光输出的功率或强度与LED的电流输入之间的关系可以表示为函数或作为光输出-电流输入曲线。灯具可以配置使得工作处于该曲线的线性区域中。
[0047] 晶体管上(源极端子和漏极端子之间)的电压等于漏极端子处的电压与源极端子处的电压值之差。在控制电路连接44的点处监测晶体管46的漏极侧上的电压，该控制电路连接44将第一控制电路线52连接到LED电路线30。该电压是Vmonitor。由于源极侧的电压由电阻器48确定，因此给定电流ILED的值是VR＝ILED R。因此，晶体管上的电压等于Vmonitor-VR。栅极电压调节通过晶体管46的电流。因此，Vmonitor的值对LED电路线30中的电流值没有影响。实际上，Vmonitor的作用可以忽略不计，因为MOSFET充当具有非常高的输出阻抗的电流源。
[0048] Vmonitor表示灯具的工作条件。例如，对于电压供应线32中的恒定电压值，具有不同压降特性的不同类型的LED将提供不同的Vmonitor值。另外，由于晶体管46上的电压取决于它，Vmonitor也表示电路中其他元件的工作条件。Vmonitor应保持尽可能低，以防止晶体管上的低效功耗。可以使用Power＝Voltage×Current的关系计算功耗。可以消散过高的热能水平。此外，晶体管被制造为仅容许有限的压降。施加高于该容限的电压将导致晶体管被损坏。
[0049] 由于驱动信号50具有AC分量并且改变LED电路线30中的驱动电流，因此Vmonitor的值也是交替的并且具有特征频率。控制电路电阻器56和控制电路电容器60沿第一控制电路线52串联连接，并作为Vmonitor的简单RC滤波器而共同作用。可以认为电压在控制电路电阻器56和控制电路电容器60之间分开，其中控制电路电容器60上的电压输入到电压控制电路64。这种配置为来自LED电路线30的Vmonitor提供了低通滤波器。高频信号被衰减，例如通过电容器短路至第二接地点54，而低频信号被传递。因此，RC滤波器用于向电压控制电路64提供晶体管漏极的低频(平均DC)电压。RC滤波器的截止频率(高于该频率没有信号通过)将取决于滤波器的设计和元件的选择，例如元件的电容和电阻。
[0050] 图4是示出电压控制电路64的示例实现的框图。电压控制电路64是DC供电电路。所示的示例实现是数字实施例，但这仅是实现电压控制电路的一种可能性。电压控制电路接收输入信号66并返回输出信号68。电压控制电路具有若干元件部分：模数转换器70、数字控制逻辑元件72和数控DC-AC转换器74。
[0051] 输入信号66是模拟信号，并由模数转换器70转换成数字信号76。数字信号76然后传递到数字控制逻辑元件72。数字控制逻辑元件72评估数字信号并且产生数字指令78。然后，数字指令78由数字控制的DC-AC转换器74转换成输出信号68。输入信号66对应于来自控制电路连接44的过滤电压或平均电压，并且输出信号68设定电压供应线32的轨电压。
[0052] 在使用中，参考图3和图4，不同类型的LED可以经由LED电路线30连接到灯具。LED简单地插入灯具中。这些类型的LED将具有需要满足的不同工作条件，以便在它们期望的性能范围内工作。连接LED后，灯具的工作如下。调制的驱动信号50被提供给晶体管46，晶体管46用作压控电流源。调制的驱动信号50控制通过晶体管46提供给连接的LED的LED电路线30中的驱动电流。由控制电路36记录基于Vmonitor的值。驱动电流的变化引起Vmonitor的变化。
Vmonitor还取决于电压供应线32的电压值。模拟输入信号基于Vmonitor的平均值被提供给电压控制电路64，Vmonitor的平均值由Vmonitor的滤波确定。数字控制逻辑元件72配置为确定对应于所附接的LED的完全工作条件的Vmonitor的最小值。该最小值被编码成一组数字指令78，然后这组数字指令78将被转换为模拟输出信号68，该模拟输出信号68设定电压供应线32的电压。该过程将自动为所附接的一种或多种类型的LED设定正确的电压，并且从而调节提供给一个或多个LED的电压。
Vmonitor还取决于电压供应线32的电压值。模拟输入信号基于Vmonitor的平均值被提供给电压控制电路64，Vmonitor的平均值由Vmonitor的滤波确定。数字控制逻辑元件72配置为确定对应于所附接的LED的完全工作条件的Vmonitor的最小值。该最小值被编码成一组数字指令78，然后这组数字指令78将被转换为模拟输出信号68，该模拟输出信号68设定电压供应线32的电压。该过程将自动为所附接的一种或多种类型的LED设定正确的电压，并且从而调节提供给一个或多个LED的电压。
[0053] 作为示例，如果电压供应线32最初为给定类型的附接LED提供低于阈值的电压，则LED将有效地停止导通。除了小的漏电流，当附接LED时，没有电流流动。Vmonitor将反映除了小漏电流之外没有电流流过LED。在这种情况下，电压控制电路64配置为自动调节电压供应线32的电压以将电压增大至高于阈值。
[0054] 当电压供应线32最初提供对于晶体管46的工作而言危险的高的电压时，发生另一示例。Vmonitor将记录高值。在这种情况下，电压控制电路64配置为自动调节电压供应线32的电压以将电压降低到对晶体管有危险的水平以下。
[0055] 由电压控制电路64进行的调整可以基于为Vmonitor记录值并基于Vmonitor更新电压供应线32电压的迭代步骤。此外，可以在灯具的实时工作期间提供对Vmonitor的连续监测。这是特别有利的，因为LED和灯具中对Vmonitor有影响的其他元件的工作特性可以取决于环境因素，例如温度变化。Vmonitor的连续和自动调节允许灯具适应环境中的温度变化。
[0056] 如上所述，信号电路34的驱动信号50控制提供给LED的驱动电流。连接到LED电路线30的不同类型的LED将对驱动电流作出不同的响应。由于控制电路，连接到灯具的新的类型的LED可以依照其电压和电流要求而工作。然而，驱动信号本身可能包含在超出LED物理能力的调制频率处的部分，即LED不能在所需的整个调制频率范围内广播光学信号而不会显著降低在接收器处所接收的信息信号的信噪比的信号。
[0058] 在图5至7中示出了配置为补偿LED中的失真的信号产生电路的若干示例。首先，图5是包括以下部件的信号产生电路的实施例的框图：数字调制编码模块90、预均衡滤波器
92、数模转换器94、LED驱动电路96和LED 98。
92、数模转换器94、LED驱动电路96和LED 98。
[0059] 输入信息信号包括比特形式的数据。信息信号可以源自处理器或外部网络。该信息信号由数字调制编码模块90使用任何合适的调制方案被调制成数字信号。合适的调制方案包括单载波调制方案，例如：开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、脉冲调幅(PAM)。也可以使用多载波调制方案，例如：正交频分复用。无载波幅度和相位调制也是合适的。
[0060] 预均衡滤波器842是应用于数字调制编码模块80的数字信号输出的数字滤波器。来自预均衡滤波器的输出是数字信号。数字信号由数模转换器94转换成模拟信号，以形成提供给LED驱动电路的模拟驱动信号。在LED驱动器电路中，驱动电流流过LED 88以产生光功率信号。本段中描述的所有运作都可能在时域中发生。
[0061] 在该示例中，预均衡滤波器配置为反转通信信道的频率响应。然而，取决于通信信道和通信系统特性，滤波器可以设计成具有替代特性。在当前情况下，通信信道的频率响应由LED的频率响应支配。信号通过频率响应滤波器，在该信号在到达非平坦通信信道之前，所述频率响应滤波器反转信号。举一个简单的例子，如果将LED建模为调制频率的低通滤波器，其特征在于频域中的频率响应函数(并且等效地，特征在于时域中的脉冲响应)，则预均衡滤波器将相当于反转LED的低通滤波器的频率响应函数。换言之，频率响应由预均衡滤波器平坦化。
[0062] 这种形式的预均衡滤波器的特征在于一组预均衡滤波器系数。对于不同类型的LED，可以预先确定这些系数并将其存储在驱动电路的存储器中。例如，它们可以存储在查找表中。可选地，对于给定类型的LED，可以在系统配置阶段预先确定这些系数。在该阶段，可以估计和编码这些系数。可选地，预先确定滤波器的系数包括预先设计滤波器并将它们编码到通信协议中。
[0063] 预先确定系数涉及通过通信信道从发射器发送导频序列并在接收器处接收导频序列。导频序列是输入到数字调制编码模块90的原始信息，并且在没有预均衡步骤的情况下将其转换为由LED 98发送的光学信号。可以基于所发送的导频序列与所接收的导频序列之间的比较来确定信道响应或信道状态信息(CSI)的估计。信道状态信息被发送回发射器，允许计算预失真系数。
[0064] 如上所述，预先确定系数可以发生在校准阶段中。可选地，滤波器估计可以实时发生，并且导频序列可以与实际光学信号一起发送。这样，系统可以适应物理通信信道的环境变化。然而，至少在计算系数时，相对于在实时估计上的系数计算，预先确定系数具有更高的准确度。
[0065] 信道状态信息通常将包括可用于推断通信信道的性能的度量。例如，信道状态信息可以包括：不同频率的信道增益/衰减、信道脉冲响应和载波或不同子载波的信噪比。当接收器处的噪声分布不平坦时，不同子载波的信噪比的信号特别有用。
[0066] 预均衡滤波器可以是不同形式的预均衡的实现，包括：电流整形、能量加载和自适应比特以及能量加载。
[0067] 电流整形涉及以考虑LED的响应的方式修改驱动信号。这可以改变提供给LED的驱动电流，使得在驱动电路中流动的过电流有助于LED更快地达到其稳态。反向偏置LED还可以改善关断时间，并且可以通过修改驱动信号来实现。对于给定LED，使用该技术可以实现更高的调制频率。
[0068] 能量加载改变了投入光学信号频率分布的不同部分的能量。该能量加载可以与上述自适应技术组合。例如，投入在通信带宽的每个部分中的能量可以与通信带宽的特定部分有关的所接收的信道状态信息成比例地改变，即通信带宽的不同部分可以具有不同的信道状态信息集。这是通过响应于信道状态信息集而改变驱动信号来实现的。
[0069] 适用于光通信的预均衡的替代技术是自适应比特和能量加载。这与上述自适应能量加载技术密切相关，除了有可能改变在所用带宽的不同部分中编码的比特。这通常适用于多载波方案。与预均衡技术一样，自适应比特和能量加载补偿了由于使用特定类型的LED的通信信道的非平坦频率分布。
[0070] 可以选择预均衡滤波器92以补偿各种不同类型的LED的不同响应。通用选择将导致某些类型的LED的非完美均衡和信号中的残余失真。然而，模拟滤波器的频率响应被设计成使得所有类型的LED都提供良好的效果。可选的第二补偿步骤可以在接收器处利用模拟或数字均衡来执行，或者可选地在发射器处利用自适应数字预均衡滤波器来执行。
[0071] 图6是信号产生电路的另一个实施例的框图。该电路包括数字调制编码模块80、数模转换器82、预均衡滤波器84、LED驱动电路86和LED 88。
[0072] 数字调制编码模块80输出的数字信号由数模转换器94转换成模拟信号。然后使用预均衡滤波器84对模拟信号进行滤波。本实施例中的预均衡滤波器84可以采用电阻器-电容器-电感器(RCL)电路的形式。
[0073] 来自预均衡滤波器的输出是形成LED驱动电路96的驱动信号的信号。在LED驱动电路96中，驱动电流流过LED 98以产生光功率信号。本段中描述的所有操作都在本实施例的时域中发生。
[0075] 图7是信号产生电路的另一实施例的框图。该电路包括数字调制编码模块100、时域至频域转换器102、预均衡滤波器104、频域至时域转换器106、数模转换器108，LED驱动器电路110和LED 112。
[0076] 由数字调制编码模块100使用任何合适的调制方案将输入信息数据流调制成数字信号。与图5和图6相反，该数字信息信号通过时域至频域转换器102从时域转换到频域。如果调制过程如OFDM中那样从频域开始，则在一些实施例中可能不需要该步骤。然后，预均衡滤波器84在频域中对该数字信号进行滤波。预均衡滤波器的输出也是数字信号。数字信号由频率至时域转换器106转换回时域，并且然后由数模转换器108转换成模拟信号。数模转换器108的输出形成提供给LED驱动电路110的模拟驱动信号。在LED驱动电路110中，驱动电流流过LED 112以产生光功率信号。
[0077] 图7的数字滤波器完全在频域中实现。该滤波器可以补充任意数量的额外补偿步骤。例如，在时域或频域中的任何数量的数字/模拟预均衡或均衡滤波器。
[0078] 图5至图7示出了驱动器中的预均衡的示例实现。这些示例仅是说明性的。可以实现频率和/或时域中的任意数量的滤波步骤。
[0079] 尽管已经描述了提供预均衡的实施例，但是可以提供任何合适的预编码或预失真元件来代替预均衡元件或者与预均衡元件一样。这些元件可用于例如校正通信信道频率响应的失真效应和/或在预编码的情况下在数字调制步骤期间处理数据，使得时域信号分布变得更窄，并且因此，不那么尖锐。反过来，这可以允许在传输过程期间使用更多的信号功率，而不会由于电子元件和LED或其他光源的有限操作范围而增加信号的非线性失真(在其线性操作范围之外驱动LED的信号值可能至少被削波或严重失真；这在例如OFDM的多载波方案中可能尤其成问题，其中相对于单载波调制方案，峰值平均功率比(PAPR)倾向于高)。预编码(预失真)步骤可以是对信号的变换，这降低了分布的峰值，并且因此降低了PAPR。它也可以是反转LED或其他光源的非线性输入-输出特性的处理步骤(如果这样的操作是可能的；对于削波值是不可能的，但如果LED的输入-输出特性是可逆功能，则是可能的)。通常，在实施例中，可以由预编码元件或其他补偿装置提供任何处理步骤，所述任何处理步骤调节信息/调制信号以使其通过具有增加的通信容量/信息承载能力的LED或其他光源。
[0080] 使用在驱动电路中实现的快速傅立叶变换(FFT)算法来执行从时域到频域的转换。完全在频域中工作是最简单的实现，具有最小的复杂性和最高的准确性。这可用于使用例如OFDM的多载波调制方案的预均衡。可以通过变换频域中的预均衡步骤以及执行如图7所示的相应的时间到频率以及频率到时间的转换步骤来预均衡单载波调制方案。FFT变换实现可能导致成本太高。在这种情况下，可以使用单独的时域实现，或者可以考虑较低复杂度FFT和时域滤波操作的组合。
[0081] 与补偿装置组合，连接到灯具的所有不同类型的LED或其他光源将具有适当的偏置和平坦的频率响应。一旦连接，不同类型的LED或其他光源之间的唯一区别是由LED或其他光源产生的输出光功率。回到图3，可以看出灯具配置为连接到一个或多个LED。虽然图3示出了串联的两个LED，但它们也可以并联连接。将多个LED连接到相同的驱动电路将导致灯具的更高的输出光功率，以产生更强大的光学信号。因此，由设备和通信系统可以实现增加的信噪比。
[0082] 尽管已经描述了关于LED和相关联的驱动电路的实施例，但是在替代实施例中可以使用任何其他合适的光源以及代替LED。例如，激光二极管(LD)光源可以与LED一起使用或代替LED使用。LED或其他光源可以发射可见光或在任何其他适当的频率或频率范围的光。光和/或光学信号可以包括波长在1nm至2500nm范围内的电磁波。光和/或光学信号可包括紫外光、可见光、近红外光或太赫兹辐射。
[0083] 本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的情况下，所公开的布置的变化是可能的。例如，图3示出了简单的驱动器电路，然而，本发明可以容易地扩展到驱动器电路的不同实现。例如，可以使用具有AC耦合放大器配置的驱动器电路，其中晶体管栅极电压经由电容器与信息信号去耦，并且晶体管栅极电压的DC分量通过使用次级电压偏置电路来设定。而且，压控DC供电电路的数字实施例同样可以实现为仅模拟或者提供相同功能的数字和模拟元件的组合。同样地，示出了特定的晶体管MOSFET，但是存在其他众所周知的晶体管技术或放大器电路，其实现可能需要修改电路。此外，可以实现一个以上的LED电路线，并且驱动电路可以适于允许多于一种不同类型的LED连接到同一灯具并且提供相同的驱动信号。因此，以上对特定实施例的描述仅作为示例而不是出于限制的目的。本领域技术人员清楚的是，可以在不对所描述的操作进行重大改变的情况下进行直接的修改。
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