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光:未来的数据媒介
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近年来,照明已从由白炽灯或荧光灯组成的只能照亮空间的相对低技术领域迅速向不断增长的高科技市场发展。

 

照明领域的这场革命在很大程度上得益于有了低功耗的LED和高效、越趋智能的照明驱动器。

 

虽然许多人可能认为通过光传输数据的想法是个新的概念,但它自1880年以来一直存在,当时Alexander Graham Bell(电话的发明者)开发了"光电电话",能够通过可见光传输语音。

 

射频(RF)成为最受欢迎的长距离数据传输媒介,原因有很多,包括能够覆盖长距离,而用光是不现实的。

 

然而,近年来--由于射频频谱越来越拥挤--人们对使用光作为数据传输媒介有了更大兴趣。

 

事实上,使用可见光传输数据有很多优势--特别是在室内。拥挤的射频频谱意味着来自相邻频率的干扰要大得多,需要更多的屏蔽和过滤,增加了设计成本。

 

可见光频谱涵盖了430 THz到790 THz频段,该频段不受管制且完全可用。

 

 

1. VLC 系统通常使用光谱的可见光部分

 

许多通信系统需要低延迟操作,例如那些正探索用于车辆对车辆 (V2V) 通信的系统。刹车灯可以被调制,让后车知道刹车已被操作——这将是即时的,但对于 RF,延迟可能是灾难性的。RF 很容易被拦截,而光的局部特性增加了安全性,特别是因为光不能像 RF 那样穿透墙壁。

 

对现有基于LED的灯具的光强度或频率进行调制,可使数据的传输方式与射频载波的调制方式基本相同。这开辟了许多应用,包括基于光的Wi-Fi式网络和水下使用。此外,射频与某些环境不兼容,包括存在爆炸性环境的石油、天然气和采矿业,以及必须避免对敏感设备产生干扰的医院和飞机上。

 

通过灯光传输数据的能力几乎不需要超过LED所需的功率,而且安装成本很低,因为在许多情况下,照明设备已经到位了。虽然灯光的闪烁很容易被接收器如智能手机检测到,但由于人类视觉的持久性,所使用的频率是不被察觉的,所以该技术对用户没有影响。

 

一旦数据能够通过光来传输,就会出现一些有趣和创新的应用。其中一个应用是利用光来创建一个室内定位系统,其工作原理与GPS类似,但没有与传统方法相关的问题。一般来说,GPS信号很难穿透建筑物,而且由于信号在墙壁上反射,多径传播几乎不可能准确定位。其他基于射频的方法也存在类似的反射问题,包括蓝牙低功耗(Bluetooth LE),精确度限制在几米之内。

 

通过在每个LED镇流器中嵌入唯一标识符或地址,并将其调制到LED驱动器中,建筑物内的每个灯具都可以传输一个与其确切位置相关的唯一代码。这信号可被智能手机摄像头等设备检测到,一个相对简单的算法可对三个(或更多)灯具信号进行三角测量,以提供30厘米以内的精度--比基于BLE技术的定位系统高好十倍。

 

由于效率和紧凑的尺寸是可见光通信(VLC)系统的两个主要考虑因素,设计可能具有挑战性,特别是对于那些在该领域经验不足的人。然而,安森美半导体的先进的光引擎--NCL31000--将可见光通信所需的所有功能集成到一个紧凑的IC中。

 

 

图 2. 先进的光引擎NCL31000

 

除了支持PWM调光至零电流的97%高效LED驱动器外,NCL31000还包括高效的、符合EMI标准的DC-DC转换器,用于驱动传感器等系统元件。精确的调光允许VLC操作,并且能够真正调暗,确保没有鬼光。此外,一个板载的模数转换器(ADC)提供准确和详细的诊断,可以通过内置的I2C或SPI总线发送到本地MCU。NCL31000与一个支持多通道LED应用的配套设备--NCL31001一起提供。

 

NCL31000 LED驱动器增添对室内定位技术的支持,安森美半导体已准备好支持互联照明的光明未来。

 
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