作电流最小的情况下获得最大瞬间的峰值电流I。以驱动激光器正常工作。平均工 作电流IF和峰值电流I。满足以下关系：
I}=I p× 公式(4．5)
式中：TPH／T_一为脉冲电流的占空比。
可见，占空比越小，电路中的平均工作电流IF就会越小，但占空比并不是越 小越好的，由于受红外激光器响应时间Tw的限制，脉冲上平顶宽度TPH不能太 窄，否则，激光器来不及响应，脉冲电流就消失了。
图4．2设计的载波电路中，占空比的调节是通过电位器Rwl实现的，由占 空比的计算公式得：
D：盈： 坠!±墨里!±
丁RAl+RWl+RA2+RW2 公式(4．6)
RWl+在整个载波电路电阻负载中所占得比重越小，则占空比越小。根据西 安赛朴林公司SD980．200G3型激光器要求，载波脉冲得占空比不小于1／10，因 此将Rwl+调整至1．6kQ左右，可以得到占空比为l／lO的38KHz载波，如图4．7 所示，图4．8为调整Rwl到4kQ时得到占空比为1／5的38kHz载波。当调节RWl 对频率理论上应无影响，但实际应用中存在误差。
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
图4—7占空比l门O的38k儿z载波波形 图4墙占空比1巧的38kHz载波波形
4 3大电流对管信号键控电路设计
在生成了准确的38KIlz载波后，如何将Tx线上的输出信号加载到载波上
是调制模块设计时另一个需要解决的问题，一般常用的方法是利用数字信号的高 低电平特性与三级管结台，通过基极的高低电平控制兰极管的导通和截止．从而 控制键控电路的导通。
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
然而本系统的特性决定了，键控电路中的电流必须足够大，至少达到150mA， 如前所述，本文设计的载波生成电路由于占空比比较小，产生的瞬间峰值电流可 能会更高。一般的三极管无法在如此高的电流环境中正常工作，很容易被击穿。 因此，本文在设计中采用了可以承受大电流的对管设计。对管实质上是一对三极 管，其电气特性，物理特性都相同，不同的只是三极管的极性分别为PNP和NPN 型。本文中使用的是Siemens公司的BDl35，BDl36型对管，键控电路见图4．9。 图4．9红外调制信号键控电路
图4．9与图4．2组成了红外调制模块的完整电路，管脚3为载波生成电路的 输出端，输出载波经T1调制，通过激光二级管LD发射出去。T1，T2为对管 BDl35，BDl36，RA4为Tl基极限流电阻，Z2为稳压二极管，保证LD管压降 在2．0V左右。激光管的最大工作电流为S550 mA，设计RA5为激光管的限流电 阻，起到保护激光管工作的作用。
调制模块在工作过程中，通过Txl控制LD的工作与否，且低电平有效。 当Txl线上为高电平时(数字1)，三极管T2截止，键控电路处于不导通状态， LD不发光。TXl为低电平时(数字0)，T2，Tl导通，载波信号Q从NE555管 脚3发送，经T1调制后，LD向外发射38KHz的红外激光，完成一次数据传输 的过程。
在键控电路设计中，限流电阻RA5阻值确定是一个关键问题，如果阻值太
小，则起不到限流的作用，容易烧毁激光器；如果阻值过大，则会产生很大的热 功率，将一部分电力消耗在限流电阻处。确定RA5的值需要确定几个关键数值： 加载到LD上的管压降VLD，BDl35，136导通时集电极一发射极电压降VcE， 以及LD最大工作电流Imax。根据SD980．200G3标称值，VLD<2：OV，ImaxS550mA， BDl35，BDl36标称值见图4．10(a)，(b)
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
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(a)BDl35关键标称值(b)BDl36关键标称值 图4．10
由图可知对管BDl35，BDl36的饱和导通电压VcE<0．5V，由此可以计算出 RA5的值，根据欧姆定律：
I— I一
4．4红外激光通信系统解调电路设计
由于红外激光器发射出的是经调制后的红外脉冲信号，因此，在红外激光通 信系统的接收端，红外光电管接收到的也将是调制信号，为了正确地实现通信， 必须将包含通信信息的编码信号(即调制脉冲)从调制信号中分离出来，因此，有 必要采取与信号调制相反的过程，将被调制的编码信号从高频的载波信号上 “搬”下来，这一“搬”下来的过程就叫做“信号的解调”。
本文设计的解调电路采用了一体化的接收部件TSOPl 738，设计电路如图
4．1 1所示：
图中左边的部分是1738解调电路Fu31 l为限流电阻保护TSOPl738，I也2 l
为上拉电阻，可以使解调后信号通过IⅨ2 1稳定的输出，CBl 1的主要作用是
去除直流电脉冲中的交流分量。右边的部分主要是解调模块与AIW主板间的接
口电路，J2 1的1，2，3，4管脚分别和ARM主板的Vcc，GND，TXl，IⅨ1相连。
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
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图4．11红外激光系统解调模块原理图
TSOPl738实现解调的关键环节是其内置的带通滤波器，其作用是有选择地 放大频率为38KHz左右的信号，对其它频率的信号则不予放大甚至予以抑制， 可提高解调电路的抗干扰性。TSOPl738的带通滤波曲线如图4．12所示【32]： 该曲线说明TSOPl738带通滤波效果十分明显，其3dB带宽△f只有3．8KHz，
也就是说，只有在38lⅢz±1．9I(Hz范围内的调制波才能被TSOPl738响应，其它
波段的光波均被带通滤波器过滤掉。这样保证了系统的抗干扰性，但也因此而带 来一个限制，即未经调制的原始传输信号的输出频率不能够高于3．8l(Hz，否则信 号将不能被完整的识别出来。
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图4．12 TSOPl738载波频率一光敏反应曲线
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hl^!I*。己∞廿鬣、奄蕊；篮廿 第四章红外激光通信系统硬件平台的设计 4 5 A刚主板支持电路设计
4 5 1 s3c44Box在ARM核心板Fs4480 cORE上的应用
s3c4480x是三星公司生产的ARM7芯片，由于其功耗低，片上资源丰富 被广泛的应用到生产，教学等领域。存本文中，s3c44BOx作为红外激光通信系 统主板部分采用的Mcu主要负责数据流控制和中断解析。
目前，基于s3c4480x的开发板有很多，但大多数开发板体积偏大，不满足 本系统的嵌入式特性，在众多产品中，本文选择了由广东优龙科技公司出品的 Fs4480型开发板作为本系统的ARM开发平台。如图4．】3所示： 图4．】3 Fs4480开发板接口说明
由图4．1 3可以发现，Fs44BO开发板将s3c4480x片上资源丰富的特点发挥 的淋漓尽致，各种接口齐全。并且作为Fs“Bo开发板的核心部分，Fs4480cORE 体积小巧，措载2M Byks NOR FLAsH，8M Byks sDRAM和16M B舛es Nand
兀ash可阻满足天型程序开发的存储需要。另外，Fs44BOcORE拥有8条中断通 道，2组uAR丁，可以满足车系统数据传输的要求。下一节将详细叙述基于 Fs44BOcORE的ARM主板设计。
4 5 2基于Fs“BOCORE的ARM主板电路设计
Fs4480c0RE采用功P一64形式封装，利用+5v电源驱动。考虑到体积和 功耗的需要，本文在ARM主板的设计中使用了集成稳压芯片MAxl 703，其设 计原理图如图4一14所示：
一㈣三
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
图4．14 AI洲主板供电电路原理图
图4．14所示的供电电路以MAXl703为核心，MAXl703是一款高功率、低噪 声的升压DC．DC变换器，输入电压范围为O．7～5．5V，输出电压范围有2种可选
方案，分别是固定5V和2．5～5．5V。本文选用的是固定5V的输出方案。选择 MAXl703作为供电芯片的主要原因是它的最大输出电流为1．5A，具有高达95％ 的转换率和300肛W的低功耗。很符合本系统中驱动激光器工作大电流的需要， 并且兼顾了功耗能够有效地提高系统的持久性。
使用1703作为电源供电电路核心的另一个优点在于，该芯片只需外接很少 的元器件便可工作，整个电路设计模型目前已经比较成熟，原理设计方面的难度 不大，主要工作原理为电源VC IN从1703的LXP，LXN端输入，POUT，OUT 端输出生成的5V电压，其中控制1703工作模式的关键在于FB管脚，当FB接
地时，1703将会输出稳定的5V电压。在最初的设计中，采用4．7州的色环电感
作为输入端保护电感，但由于其耐压较低，不能承受1703输出的大电流，经常 损坏。因此，在最终的设计中，使用了耐压更高的线圈电感，电路可以正常工作， 没有再发生电感被击穿的现象。
除了为FS44BOCOI辽提供+5电源，红外调制解调的+5V电源也是由ARM 主板提供。除此之外，ARM主板上的其它外围部件，如蓝牙模块，蜂鸣器等需
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
要+3．3V电源为其供电，因此，本文利用LMll 17．3．3变压集成电路实现了由 +5V到+3．3V的电压转换，图4．1 5是该设计的原理图。 4．6外围接口电路设计 图4．15 LMlll7变压电路
作为通信系统的一部分，ARM主板的另一个作用是为系统中的各个模块提 供相应的接口，使各个外部模块与MCU协同工作，本系统中主要外部模块包括， 蓝牙模块，外部按键与蜂鸣器模块几部分。 4．6．1蓝牙模块接口电路设计
ARM主板需要为Jinou3264蓝牙模块提供+3．3V稳定电压输出，并将 FS4480CORE的RxD0，TxD0与蓝牙模块的IⅨ，TX线链接组成数据通路。表
4．1列举了蓝牙模块的管脚定义以及电气特性，图4．16是本文根据蓝牙模块管脚 说明设计的蓝牙模块接口电路原理图。
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图4．16蓝牙接口电路原理图
第四章红外激光通信系统硬件平台的设计
其中，P3接口的1-10pin对应蓝牙模块l-10管脚，P4的1-10pin对应模块 的15—24管脚。由于本系统对于蓝牙模块无流量控制的要求，因此将CTS和 RTS用lk的电阻R9连接起来形成自握手，其余连接均参考表4．1中蓝牙模块 管脚说明进行设计。