來源 | EEPW雜志

作者 | Mike Sandyck, 安森美產品營銷經理

可見光通信（VLC）是一種技術，在某些應用中，它與更常用的射頻（RF）相比具有顯著的優勢。除了從一個點到另一個點的數據傳輸的明顯用途外，VLC因其能夠提供高度準確和安全的室內定位系統而引發了眾多關注。實施VLC系統會帶來涉及系統集成和電源管理的特定挑戰，特別是對那些不熟悉該技術的人來說。

本文將探討VLC的一些應用，包括VLC定位系統的原理，并討論最新的器件如何提供一條風險極小的設計路徑。

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VLC概述

隨著LED的發展，它在可靠性、功耗和發光能效方面已超過了白熾燈，照明的重要性已顯著增加。

然而，利用光作為傳輸媒介的概念并不新鮮，可以追溯到1792年的法國，在那里，安裝在塔上的信號燈能在城市之間進行基于光的通信。

19世紀初，美國軍方開發了“太陽儀”，利用鏡子通過中斷光線或轉動鏡子來反射太陽光。

1880年，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（電話的發明者）創造了他的光電電話，通過一束可見光來傳輸語音信號。

現代VLC系統使用380～750nm光譜內的可見光430～790THz。通過對現有燈具的光進行調制，可建立通信，而沒有射頻技術的任何限制。

在現代世界，使用射頻的移動數據的急劇增加意味著非常擁擠的光譜，這可能導致干擾。VLC通常在室內使用，最大的潛在干擾源——像太陽這樣的高強度光源——并不是一個因素?？梢姽獗緛硪彩敲馐跈嗟膫鬏旑l段，不需要申請許可證，也不受附近系統對同一頻段的競爭。

從安全的角度來看，射頻很容易穿透墻壁，所以信號可能很容易被截獲，而且在高功率水平下，長期暴露在射頻波中可能對人體健康有害。在低傳輸速度的VLC系統中，如室內定位，不需要額外的功率放大器和信號鏈，從而節省了系統功耗，降低了設計復雜性。

VLC有多種潛在的應用，包括基于光的無線通信、車對車（V2V）通信和水下應用。在某些傳統的射頻信號會帶來危險的專業應用中，如采礦或石油和天然氣平臺，VLC特別有意義。它還允許在靠近敏感設備的地方如醫院和飛機上進行無干擾通信。

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基于VLC的定位

室內定位可用于許多應用。在工業應用中，它可用于指導自動導引車（AGV）在工廠和倉庫周圍行駛，或允許人類在大型公共建筑如機場、醫院或體育場館中導航。

雖然全球定位系統（GPS）對于室外定位非常有效，但不適合在室內準確使用。信號很難穿透許多建筑物，即使穿透了，信號在墻壁和物體上反彈時的多徑傳播也會大大限制性能。

VLC能夠達到幾十厘米的室內定位精度，輕松超越基于射頻的解決方案。基于光的定位系統利用現有的照明系統在室內建立1個定位系統。每個LED鎮流器都有1個獨一無二的標識符，并將其編碼到驅動燈具的信號中，從而使光線被調制，不斷地傳輸其標識。

由于人類視覺的持久性，對這些快速的脈沖是無法察覺的，但智能手機等設備可以捕獲和檢測到它們。當手機處于多個（3個或更多）燈具的范圍內，每個燈具都有一個獨一無二的代碼，一個簡單的三角測量算法可以計算出與每個燈具的距離，然后推算出位置。

圖2 可見光通信(VLC)

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支持VLC的技術

在VLC領域，能效和小尺寸是所有設計人員面臨的兩個挑戰，包括那些有設計燈具經驗的設計人員。為了向所有設計人員提供支持，安森美（onsemi）提供增加智能照明系統的集成度和提升性能的器件，如本文所述的VLC系統。

圖3 VLC應用框圖

安森美的NCL31000 LED驅動器專門為基于LED的燈具應用而設計，是一個功能全面的器件，包括實施高能效LED照明系統所需的所有元素。

該系統的核心是高能效（97%）的降壓LED驅動器，支持高帶寬模擬調光和PWM 調光至零電流。NCL31000包括一個集成的3V3固定DC-DC轉換器和一個可調DC-DC（2V5>24 V），適合為傳感器或其他系統元器件供電，從而簡化系統設計，降低設計風險，同時提高整體能效。NCL31000的架構提供了卓越的EMI性能，超過CISPR15/EN55015的要求>14dB。精確的線性調光使可見光通信成為可能，從而可以開發出基于光的室內定位系統，同時能夠以0.1%的精度真正調暗，確保在最低的調光設置下不會出現鬼光。

全面的診斷方法來自于跟蹤系統電流和電壓的模數轉換器（ADC）。以高精確度（±1%）測量輸入和輸出電流和電壓，實現了電源能效和LED負載健康監測。診斷方法包括DC-DC轉換器和LED溫度。所有數據都通過I2C/SPI 接口提供給外部MCU。

NCL31000 的縮小版（NCL31001） 省去了多線照明解決方案中不需要的DC-DC 轉換器。在這些類型的應用中，它可以作為NCL31000的一個高性價比版本。

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結束語

在低能耗LED的推動下，智聯照明是個重要的增長領域。雖然長使用壽命和低功耗運行是這一成功背后的兩個關鍵驅動因素，但現代智能照明所提供的靈活性正在催生創新的新應用。

雖然通過光來傳輸數據不是個新的概念，但這個時代終于到來了，并且正在變得流行，因為它是高能效的、穩定可靠的、安全的、沒有射頻面臨的許多挑戰。這進而使室內定位系統等更精密的應用成為可能。由于這些都是基于光，它們可以被部署在任何地方，包括在醫院和采礦等不允許使用射頻的地方。

除了全面的互聯照明解決方案組合外，安森美的NCL31000先進引擎為設計人員開辟了新的和現有的可見光通信市場，提供高能效和全集成的解決方案，幫助產品更快地進入市場。NCL31000也是其他一些領域的理想選擇，包括專業顯示器的背光、溫室的多通道管理照明以及其他室內和室外的互聯照明應用。

*本文選自《電子產品世界》雜志2021年9月期