國之重器出版工程：可見光通信專用集成電路及實時系統（簡體書）

本書主要介紹可見光通信專用集成電路的設計技術與實例以及實時通信系統的設計及實施案例。全書共分為7章，首先介紹可見光通信技術的特點、分類及發展需求；其次介紹可見光通信光端機的設計與實現、專用集成電路和FPGA的設計及實現；最後介紹了幾種可見光通信實時系統的設計及實現以及系統性能評估方法。本書理論與實現相結合，可作為高等院校信息與通信工程、電子科學與技術專業的研究生和本科生教材或相關技術人員的參考書。

第1章 概 述 1
1.1 可見光通信的概念及背景 2
1.2 可見光通信的技術特點 4
1.3 可見光通信系統的分類 6
1.3.1 按照LED分類 6
1.3.2 按照探測器分類 8
1.3.3 按照調製技術分類 9
1.3.4 按照實時性分類 10
1.4 可見光通信的技術發展需求 11
1.5 本章小結 13
參考文獻 13
第2章 可見光通信數字端機設計 15
2.1 數字通信系統的組成 16
2.2 數字調製技術 17
2.2.1 二進制振幅鍵控 18
2.2.2 二進制頻移鍵控 24
2.2.3 二進制相移鍵控 29
2.2.4 多進制調製 35
2.3 數字光發射機設計 38
2.3.1 系統的發送器件 39
2.3.2 半導體照明光學特性分析 41
2.3.3 可見光通信信道模型分析 44
2.3.4 可見光發射機設計案例 49
2.4 數字光接收機設計 51
2.4.1 可見光通信探測器 52
2.4.2 信號調製 55
2.4.3 可見光接收機設計案例 56
2.5 高速電路板設計技術 60
2.6 本章小結 70
參考文獻 70
第3章 可見光通信模擬高速發射機集成電路設計 73
3.1 可見光通信系統中使用不同光源類型對比 74
3.2 照明與可見光通信共存的方案 75
3.2.1 降壓型DC-DC轉換器 76
3.2.2 數據放大電路 77
3.3 輔助調製發光二極管 78
3.3.1 預加重電路原理和帶有預加重的LED調製電路 79
3.3.2 LED預加重調製驅動電路結構 80
3.4 發射集成電路設計舉例 82
3.4.1 原理與設計 82
3.4.2 測試與結果分析 83
3.5 本章小結 87
參考文獻 87
第4章 可見光通信接收機模擬集成電路設計 89
4.1 跨阻抗放大器 90
4.1.1 理想一階跨阻放大器 91
4.1.2 理想二階跨阻放大器 92
4.2 限幅放大器與輸出緩衝器 93
4.2.1 限幅放大器的特性參數 94
4.2.2 級聯對帶寬的影響 95
4.2.3 輸出緩衝級 96
4.3 寬帶擴展技術 96
4.3.1 電感峰化技術 97
4.3.2 有源電感峰化技術 98
4.3.3 電容簡並 100
4.3.4 零極點對消 101
4.4 自動增益控制放大器 103
4.4.1 自動增益控制放大器結構 103
4.4.2 吉爾伯特可變增益放大器 104
4.4.3 峰值檢測器的工作原理 105
4.4.4 峰值檢測電路 105
4.4.5 比較器 107
4.5 本章小結 108
參考文獻 108
第5章 可見光通信接收機單片集成電路設計 109
5.1 矽基集成電路中的探測器 110
5.1.1 PN型光電二極管 110
5.1.2 P+/N阱/P型襯底CMOS雙光電探測器 111
5.1.3 阱襯底結構光電探測器 112
5.1.4 三阱工藝的光電探測器 112
5.1.5 雪崩擊穿光電探測器 113
5.1.6 雪崩擊穿二極管光電探測器舉例 114
5.2 差分探測器與接收機 115
5.2.1 光電集成與差分接收機 115
5.2.2 偽差分光電探測器和集成接收機 115
5.2.3 全差分光電探測器和集成接收機 116
5.2.4 全差分與偽差分接收機性能比較 117
5.3 CMOS工藝全差分接收機 120
5.3.1 協議基於P擴散/N阱和N擴散/P阱型PN結的全差分光電探測器
120
5.3.2 集成全差分光電探測器的全差分跨阻放大器 120
5.3.3 全差分限幅放大器 120
5.3.4 高帶寬50 Ω輸出緩衝級 122
5.3.5 基於Chartered 0.35 μm EERPOM工藝的光接收機芯片測試結果 123
5.4 本章小結 125
參考文獻 126
第6章 高階調製編碼和解調解碼的FPGA實現 127
6.1 基於NI平臺的高階QAM的FPGA實現 128
6.1.1 硬件方案 128
6.1.2 發射機設計 132
6.1.3 接收機設計 137
6.1.4 系統性能 139
6.2 基於FPGA的高速基帶OFDM收發機的設計與實現 142
6.2.1 引言 142
6.2.2 實現方案與調試方法 142
6.2.3 基帶OFDM發射機的設計與實現 145
6.2.4 基帶OFDM接收機的設計與實現 149
6.2.5 調試與性能測試 153
6.3 本章小結 158
參考文獻 158
第7章 可見光通信實時系統 161
7.1 可見光通信系統性能評估 162
7.2 低速可見光通信系統 165
7.2.1 可見光通信智能家居系統簡介 166
7.2.2 可見光通信智能家居系統工作原理 166
7.2.3 可見光通信智能家居系統用戶終端 167
7.2.4 可見光通信智能家居系統服務器 168
7.2.5 可見光通信智能家居系統調製器 168
7.2.6 可見光通信智能家居系統解調器 169
7.2.7 可見光通信智能家居系統燈具 170
7.2.8 可見光通信智能家居系統展示 170
7.3 高速可見光通信系統 171
7.3.1 LED器件調製帶寬的影響機理分析 171
7.3.2 影響LED器件調製帶寬的主要因素 172
7.3.3 量子阱結構及載流子分佈對帶寬的影響 175
7.3.4 帶寬拓展技術 180
7.4 可見光通信系統的功能複用 184
7.5 可見光通信系統的應用前景 196
7.6 本章小結 198
參考文獻 198
名詞索引 201