可視光通信受信機

私は学生です。可視光通信プロジェクトを設計する必要があります。要件は、レシーバーとトランスミッター間の距離20 cm、データレート20 kbps / sであり、すでに明るい環境で動作する必要があります。回路図を作成し、ブレッドボードに設定しました。

それは機能し、おそらく私の要件を満たすことができましたが、かろうじて実現しました。私は20kHzの方形波でLEDを駆動しており、写真で結果を見ることができます。上のオシログラムは、1目盛りあたり1V、1目盛りあたり50us（20 kHz）で、LEDを受信機に向けたときに取得されます。低い方は1目盛りあたり0.3V、1ビジョンあたり20ミリ秒（50 Hz）であり、LEDがオフになっているときに取得されるため、室内の雷の干渉を確認できます。

だから私の質問は：

1. どうすれば50Hz干渉をより適切にフィルタリングできますか？LEDを使用して送信する場合はあまり表示されませんが、LEDがないとノイズが多くなります。
2. フィルターに大きなキャップと小さな抵抗を選択する必要がありますか？そして、何が良いフィルタリング周波数であるべきですか？とりあえず、使用可能なコンポーネント値をいじって、50 Hzをはるかに超える周波数を選択しました。
3. デザインのアドバイスがあれば、私はとても感謝します。私はエレクトロニクスの初心者なので、おそらくいくつかの欠陥があります。

あなたは正しい基本的な考えを持っていますが、私はいくつか変更します。はい、受信信号をハイパスフィルタリングしたいのですが、検出器を直接容量結合するのは好きではありません。

最初の段階は、生の検出器を最適に処理し、低インピーダンスの電圧信号を出力することです。ここでは少しのゲインが役立ちますが、それは最初のステージの主要なポイントではありません。

フォトダイオードを実行するには、基本的に、リークモードと太陽電池モードの2つの方法があります。

漏れモードでは、ダイオードは逆バイアスされ、漏れ電流は光に比例します。この漏れ電流は非常に小さく、通常は数µAです。電流は、逆電圧に大きく依存しないので、通常、逆バイアスの便利な「数ボルト」で十分です。フォトセルモードでは、ダイオードを短絡したままにし、ダイオードが生成する電流を測定します。どちらにしても、最初のステージはトランスインピーダンスアンプ（電流入力、電圧出力）になります。

その後、ACカップリング（ハイパスフィルター）して、おそらく2つのステージで信号を増幅します。ステージ間のハイパスフィルタリングは50 Hzのノイズを失い、入力オフセット電圧が目的の信号と一緒に増幅されるのを防ぎます。

20 kbits / sが必要なので、周波数コンテンツは最大で約100 kHzです。オペアンプのゲイン帯域幅を念頭に置いて、1つのステージであまり多くのゲインを得ようとしないでください。たとえば、10 MHzのゲイン帯域幅（見つけやすい）の場合、フィードバックが適切に機能するために5xを残します。つまり、関心のある最高周波数を100 kHzとすると、最大20xになります。2つの20xゲインステージは全体で400xを提供しますが、これはおそらく最初のステージからのゲインの後でも十分です。

これをうまく機能させるには、エンコーディングスキームも重要です。すべてのコンテンツが最低周波数を超えていることを保証するエンコーディングを使用したい。これにより、積極的にハイパスフィルターを使用して、低い周波数、特に50 Hzの光のちらつきと、少なくとも最初のいくつかの高調波を除去できます。マンチェスターコードや1/3 2/3デューティサイクルなどを使用できます。ハイパスフィルタリングの3つの極を5 kHzのロールオフに設定すると、500 Hz（光のちらつきの最大10次高調波）が1000減衰されます。 。それでも20〜40 kHzのパルスはうまく通過します。

その後、データスライスの通常の手法を適用して、アナログパルス信号をデジタルパルス列に変換し、そこからデジタルデコードします。

受信データを大幅にハイパスフィルタリングして、50Hzを残しておくことを検討します。次のようにデータを仮想的に区別するフィルターのようなものを考えています：-

次に、下限および上限しきい値コンパレータ回路を作成し、正の遷移でDタイプのフリップフロップをトリガーし、負の遷移でDタイプをリセットします。その結果、データが回復されます。

私はこの質問に答えるのに最も適した人ではありません。他の人が後でより良い情報を手に入れると確信しています。最初の2つの質問。その50Hzのすべてが部​​屋の照明からのものであると確信していますか？光センサーをカバーして、すべてがまだそこにあることを確認してみましたか？そのような好奇心が強いものは、電源から、またはスコーププローブを正しく接地していないことに起因する可能性があります。

すべてがセンサーからのものであると仮定すると、そこに50Hzノッチフィルターを追加することはどうでしょうか。

次に考えているのは、おそらく自宅に白熱電球を周囲光源として使用しているということです。学校に行ってプレゼンテーションをすると、おそらく蛍光灯が点灯します。私が正しく覚えていれば、少なくとも米国では60Hzの周波数の2倍です。

ルームライトからの干渉がある場合は、通信に色付きライトを使用し、主にその色に敏感なフォトダイオード、またはその色のみを通過させてクリーンアップするゲルフィルターを使用することをお勧めします。

また、上部と下部の高さも確認してください。上部ははるかに大きいので、出力コンパレータの負側の電圧分割をいじくり回して、問題をクリーンアップできます。VCCとは正確にはわかりませんが、100オームの抵抗を2 kOhm-5 kOhm（または、適切な範囲に他の抵抗がない場合は2〜4個の10Kを並列にしたもの）に置き換えてみてください。それが役立つ場合。実際、その抵抗を5Kトリムポットのようなものと交換することを検討し、通信のパススルーが良好になり、ルームライトのアーティファクトがなくなるまでそれを回します。

ここからいくつかの情報を得ることができます：www.openvlc.org
そしてこのペーパーはあなたを助けるかもしれません：「埋め込まれた可視光ネットワークのためのオープンソースの研究プラットフォーム」