2017年6月内蒙古农业大学英语六级口语报名时间和

可见光通信（VLC）是一种技术，在某些应用中，它与更常用的射频（RF）相比具有显著的优势。除了从一个点到另一个点的数据传输的明显用途外，VLC因其能够提供高度准确和安全的室内定位系统而引发了众多关注。实施VLC 系统会带来涉及系统集成和电源管理的特定挑战，特别是对那些不熟悉该技术的人来说。本文将探讨VLC 的一些应用，包括VLC 定位系统的原理，并讨论最新的器件如何提供一条风险极小的设计路径。

1   VLC：概述并与射频对比

随着LED 的发展，它在可靠性、功耗和发光能效方面已超过了白炽灯，照明的重要性已显著增加。然而，利用光作为传输媒介的概念并不新鲜，可以追溯到1792 年的法国，在那里，安装在塔上的信号灯能在城市之间进行基于光的通信。19 世纪初，美国军方开发了“太阳仪”，利用镜子通过中断光线或转动镜子来反射太阳光。1880 年，亚历山大·格雷厄姆·贝尔（电话的发明者）创造了他的光电电话，通过一束可见光来传输语音信号。现代VLC 系统使用（380 ～ 750）nm 光谱内的可见光（430 ～ 790）THz。通过对现有灯具的光进行调制，可建立通信，而没有射频技术的任何限制。

在现代世界，使用射频的移动数据的急剧增加意味着非常拥挤的光谱，这可能导致干扰。VLC 通常在室内使用，最大的潜在干扰源——像太阳这样的高强度光源——并不是一个因素。可见光本来也是免授权的传输频段，不需要申请许可证，也不受附近系统对同一频段的竞争。从安全的角度来看，射频很容易穿透墙壁，所以信号可能很容易被截获，而且在高功率水平下，长期暴露在射频波中可能对人体健康有害。在低传输速度的VLC 系统中，如室内定位，不需要额外的功率放大器和信号链，从而节省了系统功耗，降低了设计复杂性。VLC 有多种潜在的应用，包括基于光的无线通信、车对车（V2V）通信和水下应用。在某些传统的射频信号会带来危险的专业应用中，如采矿或石油和天然气平台，VLC 特别有意义。它还允许在靠近敏感设备的地方如医院和飞机上进行无干扰通信。

2   基于VLC的定位

室内定位可用于许多应用。在工业应用中，它可用于指导自动导引车（AGV）在工厂和仓库周围行驶，或允许人类在大型公共建筑如机场、医院或体育场馆中导航。虽然全球定位系统（GPS）对于室外定位非常有效，但不适合在室内准确使用。信号很难穿透许多建筑物，即使穿透了，信号在墙壁和物体上反弹时的多径传播也会大大限制性能。VLC 能够达到几十厘米的室内定位精度，轻松超越基于射频的解决方案。基于光的定位系统利用现有的照明系统在室内建立1 个定位系统。每个LED 镇流器都有1 个独一无二的标识符，并将其编码到驱动灯具的信号中，从而使光线被调制，不断地传输其标识。由于人类视觉的持久性，对这些快速的脉冲是无法察觉的，但智能手机等设备可以捕获和检测到它们。当手机处于多个（3 个或更多）灯具的范围内，每个灯具都有一个独一无二的代码，一个简单的三角测量算法可以计算出与每个灯具的距离，然后推算出位置。

图2 可见光通信(VLC)

3   支持VLC的技术

在VLC 领域，能效和小尺寸是所有设计人员面临的两个挑战，包括那些有设计灯具经验的设计人员。为了向所有设计人员提供支持，安森美（onsemi）提供增加智能照明系统的集成度和提升性能的器件，如本文所述的VLC 系统。

图3 VLC应用框图

安森美的NCL31000 LED 驱动器专门为基于LED的灯具应用而设计，是一个功能全面的器件，包括实施高能效LED 照明系统所需的所有元素。

该系统的核心是高能效（97%）的降压LED 驱动器，支持高带宽模拟调光和PWM 调光至零电流。NCL31000 包括一个集成的3V3 固定DC-DC 转换器和一个可调DC-DC（2V5 > 24 V），适合为传感器或其他系统元器件供电，从而简化系统设计，降低设计风险，同时提高整体能效。NCL31000 的架构提供了卓越的EMI 性能，超过CISPR15/EN55015 的要求>14 dB。精确的线性调光使可见光通信成为可能，从而可以开发出基于光的室内定位系统，同时能够以0.1%的精度真正调暗，确保在最低的调光设置下不会出现鬼光。全面的诊断方法来自于跟踪系统电流和电压的模数转换器（ADC）。以高精确度（±1%）测量输入和输出电流和电压，实现了电源能效和LED 负载健康监测。诊断方法包括DC-DC 转换器和LED 温度。所有数据都通过I2C/SPI 接口提供给外部MCU。NCL31000 的缩小版（NCL31001） 省去了多线照明解决方案中不需要的DC-DC 转换器。在这些类型的应用中，它可以作为NCL31000 的一个高性价比版本。

4   结束语

在低能耗LED 的推动下，智联照明是个重要的增长领域。虽然长使用寿命和低功耗运行是这一成功背后的两个关键驱动因素，但现代智能照明所提供的灵活性正在催生创新的新应用。虽然通过光来传输数据不是个新的概念，但这个时代终于到来了，并且正在变得流行，因为它是高能效的、稳定可靠的、安全的、没有射频面临的许多挑战。这进而使室内定位系统等更精密的应用成为可能。由于这些都是基于光，它们可以被部署在任何地方，包括在医院和采矿等不允许使用射频的地方。除了全面的互联照明解决方案组合外，安森美的NCL31000 先进引擎为设计人员开辟了新的和现有的可见光通信市场，提供高能效和全集成的解决方案，帮助产品更快地进入市场。NCL31000 也是其他一些领域的理想选择，包括专业显示器的背光、温室的多通道管理照明以及其他室内和室外的互联照明应用。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年9月期）