Mở rộng băng thông điều chế của oled sử dụng bộ cân bằng tích cực

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LƯU THÁI TRÂN

MỞ RỘNG BĂNG THÔNG ĐIỀU CHẾ CỦA OLED SỬ DỤNG
BỘ CÂN BẰNG TÍCH CỰC
Chuyên ngành : Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60 52 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020


ii

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Phạm Quang Thái
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Đỗ Hồng Tuấn
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 27 tháng 08 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. Chủ tịch: GS. TS Lê Tiến Thường
2. Thư ký: TS. Mai Linh

3. Phản biện 1: PGS.TS. Đỗ Hồng Tuấn
4. Phản biện 2: PGS.TS. Võ Nguyễn Quốc Bảo
5. Ủy viên: TS. Võ Quế Sơn
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………


iii
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lưu Thái Trân

MSHV: 1571039

Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1991

Nơi sinh: Cà Mau

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông

Mã số : 60520208

I. TÊN ĐỀ TÀI: Mở rộng băng thông điều chế của OLED sử dụng bộ cân
bằng tích cực.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Thiết kế mạch cân bằng cho hệ thống VLC sử dụng OLED.
Đo đạc thực nghiệm đáp ứng tần số của hệ thống VLC khi qua mạch
Pre-Equalizer.
Phân tích và so sánh kết quả đáp ứng tần số khi không sử dụng mạch
Pre-Equalizer, khi sử dụng mạch khuếch đại thông dải Pre-Emphasis với khi
sử dụng mạch Pre-Equalizer.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. Phạm Quang
Thái

Tp. HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

tháng

năm 2020

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết
minh LV


iv

LỜI CÁM ƠN
Để hồn thành được luận văn hơm nay, em đã trải qua quá trình nghiên cứu
học hỏi dưới sự động viên, khích lệ của q Thầy Cơ, sự giúp đỡ của bạn bè, đồng
nghiệp và người thân trong gia đình mình.
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến giảng viên hướng
dẫn của em TS. Phạm Quang Thái. Thầy đã tận tâm giúp đỡ em trong khoảng thời
gian dài suốt quá trình học tại trường cũng như thời gian thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ
Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý giá, bổ
ích cho em trong những năm vừa qua.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp
đỡ động viên em trong suốt q trình học tập cũng như hồn thành luận văn của
mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Anh/Chị trong phòng đào tạo sau đại học,
trong thư viện Trường Đại học Bách Khoa đã hỗ trợ, tư vấn các thủ tục hành chánh,
tài liệu tham khảo trong suốt thời gian học tại trường.
Cuối cùng em xin kính chúc quý Thầy, Cô khoa Điện – Điện tử, Bộ môn Viễn
thông cùng tất cả quý giảng viên Trường Đại học Bách Khoa TpHCM nhiều sức
khỏe, thành công trong sự nghiệp và cuộc sống.
Trân trọng cảm ơn!
TP. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2020

Lưu Thái Trân

v

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đồ án đã nghiên cứu trước đây chủ yếu nghiên cứu về tăng băng thông điều
chế của OLED sau cho băng thơng lớn nhất có thể như hệ thống truyền 358kbps sử
dụng OLED băng thông điều chế 7kHz hệ thống này giúp tăng băng thông điều chế
của OLED lên khoảng 71 lần từ 7kHZ lên 500kHZ. Trong luận văn này, chủ yếu
tập trung cải thiện băng thông của đề tài trước tức làm phẳng đáp ứng tần số OLED,
tăng cường đáp ứng ở vùng tần số mong muốn hoặc mở rộng băng thơng nếu có thể.
Hệ thống sử dụng OLED có băng thơng điều chế 3dB thấp 4,1kHz thay cho OLED
băng thông 7kHz ở các đề tài trước.
Kết quả cho thấy đáp ứng tần số của OLED khi qua mạch Pre-Equalizer
phẳng hơn đáng kể so với sử dụng mạch Pre-Emphasis của đề tài trước.


vi

ABSTRACT
The previous research theses mainly focused on increasing the modulation
bandwidth of the OLED to the largest possible bandwidth such as system VLC
358kbps transmission system using an OLED 7kHz modulated bandwidth, this
system helps to increase the modulation bandwidth of OLED is about 71 times from
7kHZ to 500kHZ. In this thesis, we mainly focus on improving the bandwidth of
the previous thesis, flattening the OLED frequency response, increasing the
response in the desired frequency region or widening the bandwidth if possible. The
system uses OLED with a low modulation 3 dB bandwidth of 4,1kHz instead of
OLED 7kHz bandwidth in previous theses.
The results showed that the frequency response of the OLED crossing

Pre-Equalizer circuit considerably flatter than using Pre-Emphasis circuit of the
previous thesis.


vii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên: Lưu Thái Trân, là học viên cao học chun ngành Kỹ thuật Viễn
thơng, khóa 2015, tại Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh – Trường Đại học
Bách Khoa. Tôi xin cam đoan những nội dung sau đều là sự thật:
(i)

Cơng trình nghiên cứu này hồn tồn do chính tơi thực hiện.

(ii)

Các tài liệu và trích dẫn trong luận văn này được tham khảo từ các
nguồn thực tế, có uy tín và độ chính xác cao.

(iii)

Các số liệu và kết quả của cơng trình này được tôi tự thực hiện một
cách độc lập và trung thực.
TP. HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2020

Lưu Thái Trân


viii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ..................................................................... iii
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................ iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN ......................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. vii
DANH SÁCH BẢNG .............................................................................................. x
DANH SÁCH HÌNH VẼ ....................................................................................... xi
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ xiii
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ................................................................................. 1
1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................. 1

1.2

Phạm vi và phương pháp nghiên cứu .................................................... 5

1.3

Các đóng góp của luận văn ..................................................................... 6

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 7
2.1

Kỹ thuật Equalizer .................................................................................. 7

2.1.1
2.1.2
2.1.3

2.2

Mạch lọc thông thấp RC thụ động ........................................................... 7
Mạch lọc thông cao RC thụ động ............................................................ 9
Mạch lọc thông dải RC thụ động ........................................................... 10
Các đồ án đã thực hiện .......................................................................... 11

2.2.1 Mạch tiền cân bằng sử dụng LED trắng với băng thông đạt được từ
2Mhz đến 32Mhz ............................................................................................... 11
2.2.2 Hệ thống truyền 2.15Mbps sử dụng OLED băng thông 150kHz ......... 14
2.2.3 Hệ thống truyền được tốc độ bit lên đến 358kbps ở khoảng cách 70cm
sử dụng OLED băng thông điều chế 3dB là 7kHz ........................................... 15
2.3
OLED ...................................................................................................... 17
2.4

Photodiode .............................................................................................. 22

2.5

Kết luận chương ..................................................................................... 24

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ..................................................... 25
3.1

Phương pháp tiếp cận ............................................................................ 25

3.1.1 Khối mạch lọc thụ động ......................................................................... 27
3.1.2 Khối mạch lái .......................................................................................... 32

ix

3.1.3 Hệ thống VLC với mạch Pre-Equalizer ................................................. 34
3.2
Kết quả và phân tích ............................................................................. 34
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.3

Đáp ứng tần số của hệ thống với mạch Pre-Equalizer ......................... 34
So sánh và phân tích kết quả ................................................................. 38
Kết quả đo đạc tín hiệu với xung vuông ................................................ 42
Kết luận chương ..................................................................................... 44

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ................................................................................. 45
4.1

Tóm tắt và kết luận chung .................................................................... 45

4.2

Hướng phát triển ................................................................................... 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 47
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................. 48


x

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1: Đáp ứng tần số hệ thống VLC khi có mạch Pre-Equalizer ....................... 37
Bảng 2: Thơng số điện áp vào, ra khi không sử dụng mạch Pre-Equalizer, khi sử
dụng mạch Pre-Emphasis và khi sử dụng mạch Pre-Equalizer. ............................. 41
Bảng 3: So sánh đáp ứng tần số của OLED, mạch Pre-Emphasis và Pre-Equalizer
trong hệ thống VLC ................................................................................................ 41


xi

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1-1: Ánh sáng khả kiến trong phổ RF ............................................................. 2
Hình 1-2: Đáp ứng tần số ......................................................................................... 4
Hình 1-3: Mơ hình nghiên cứu ................................................................................. 5
Hình 2-1: Mạch lọc thơng thấp RC .......................................................................... 7
Hình 2-2: Độ lợi điện thế.......................................................................................... 8
Hình 2-3: Mạch lọc thơng cao RC............................................................................ 9
Hình 2-4: Độ lợi điện thế.......................................................................................... 9
Hình 2-5: Mạch lọc thơng dải RC .......................................................................... 10
Hình 2-6: Hệ thống VLC kết hợp truyền băng rộng sử dụng mạch Pre-Equalizer11
Hình 2-7: Mạch Pre-Equalizer ............................................................................... 12
Hình 2-8: Bias-Tee ................................................................................................. 13
Hình 2-9: Hệ thống truyền 2.15Mbps sử dụng OLED băng thơng 150kHz .......... 14
Hình 2-10: Hệ thống VLC truyền tốc độ 358kbps sử dụng OLED băng thơng 7kHz
................................................................................................................................ 15
Hình 2-11: Mạch Pre-Emphasis ............................................................................. 16
Hình 2-12: Đáp ứng tần số mơ phỏng của mạch Pre-Emphasis ............................. 17
Hình 2-13: Cấu tạo OLED...................................................................................... 18
Hình 2-14: Ngun lí phát sáng của OLED ........................................................... 19

Hình 2-15: a) Cấu trúc OLED và b) mạch tương đương của nó ............................ 20
Hình 2-16: OLED thực tế ....................................................................................... 21
Hình 2-17: Khoảng điện áp lái OLED.................................................................... 21
Hình 2-18: Đáp ứng tần số OLED .......................................................................... 22
Hình 2-19: Bộ thu PDA410A/M của Thorlab ........................................................ 23
Hình 2-20: Mức đáp ứng theo bước sóng ánh sáng ứng với M = 100 ................... 23
Hình 3-1: Mạch Pre-Equalizer kết hợp mạch lái OLED ........................................ 25
Hình 3-2: Sơ đồ mạch Pre-Equalizer kết hợp với mạch lái OLED thực tế ............ 26
Hình 3-3: Khối mạch lọc thông thấp kết hợp bộ khuếch đại thuật tốn................. 27
Hình 3-4: Đáp ứng tần số của mạch lọc thơng thấp ............................................... 28
Hình 3-5: Khối mạch lọc thơng cao kết hợp bộ khuếch đại thuật tốn .................. 28
Hình 3-6: Đáp ứng tần số của mạch lọc thông cao ................................................ 29
Hình 3-7: Khối mạch lọc thơng dải kết hợp bộ khuếch đại thuật tốn................... 30
Hình 3-8: Đáp ứng tần số của mạch lọc thơng dải ................................................. 31
Hình 3-9: Mạch lái.................................................................................................. 33
Hình 3-10: Mơ hình thực tế hệ thống VLC với mạch Pre-Equalizer ..................... 34
Hình 3-11: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 500Hz và 1kHz ................... 35
Hình 3-12: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 5kHz và 10kHz ................... 35
Hình 3-13: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 15kHz và 20kHz ................. 35
Hình 3-14: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 25kHz và 30kHz ................. 36
Hình 3-15: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 35kHz và 40kHz ................. 36
Hình 3-16: Tín hiệu ra khi có mạch Pre-Equalizer ở 45kHz và 50kHz ................. 36
Hình 3-17: Đáp ứng tần số của hệ thống VLC khi có mạch Pre-Equalizer ........... 37


xii

Hình 3-18: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 1kHz ..... 38
Hình 3-19: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 5kHz ..... 39
Hình 3-20: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 10kHz ... 39

Hình 3-21: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 20kHz ... 39
Hình 3-22: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 30kHz ... 40
Hình 3-23: So sánh tín hiệu ra Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 50kHz ... 40
Hình 3-24: So sánh đáp ứng tần số của OLED, Pre-Equalizer và Pre-Emphasis .. 42
Hình 3-25: Tín hiệu ra dạng số Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 1kHz .... 43
Hình 3-26: Tín hiệu ra dạng số Pre-Equalizer và Pre-Emphasis ở tần số 5kHz .... 43
Hình 3-27: Tín hiệu ra dạng số Pre-Equalizer và Pre-Emphasis tần số 30kHz ..... 43


xiii

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
BW

BandWidth

DC

Direct current

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

LED

Light-Emitting Diode

MIMO

Multiple-Input–Multiple-Output

MOSFET

Metal-Oxide Field-Effect Transistor

NIR

Near Infrared

OWC

Optical Wireless Communication

OLED

Organic Light-Emitting Diode

RF

Radio Frequency

SNR

Signal to noise ratio

TIA

Transimpedance Amplifier

VLC

Visible Light Communication

Wi-Fi

Wireless Fidelity

WLAN

Wireless Local Area Network


1

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề
Với sự bùng nổ của cuộc cách mạng cơng nghệ 4.0, dự đốn số lượng thiết bị truy
cập và lựu lượng sẽ tăng gấp nhiều lần trong những năm tới. Để giảm tải cho mạng di
động thì mạng di động cố định WiFi sẽ được sử dụng để giải quyết vấn đề này.
Gần đây, Wireless Gigabit Alliance đã đề xuất việc sử dụng các sóng mm trong băng
tầng 60 GHz miễn phí giấy phép, ở nơi có sẵn băng thơng 7GHz cho phép liên kết không
dây tầm ngắn 7Gbps. Các băng tần 60GHz cũng được coi là một phần trong khung IEEE
802.11ad cho thông lượng liên kết dữ liệu rất cao trong mạng không dây cục bộ (WLAN)
sử dụng kỹ thuật MIMO. Tuy nhiên, do sự mất mát cao của đường truyền sóng vơ tuyến
trong khoảng phổ này, liên kết 60GHz có tính định hướng cao, vì vậy cần số hóa phức
tạp hướng chùm sóng và thuật toán theo dõi cho ứng dụng trong mạng di động không

dây.
Do trong tương lai phổ RF sẽ bị hạn chế, trở nên đắt tiền, tính bảo mật thấp và tốc độ
kết nối sẽ không đáp ứng được nhu cầu sử dụng. Nhằm tìm hướng đi mới bổ sung cho
kỹ thuật truyền sóng khơng dây đang được khám phá mà có thể làm giảm việc sử dụng
phổ. Nhiều hứa hẹn tiếp cận khác là truyền thông quang không dây, nó cung cấp nhiều
ưu điểm hơn đường truyền RF. Gần đây nhất, cơng nghệ truyền dữ liệu bằng ánh sáng
nhìn thấy VLC ( Visible Light Communication) hay còn gọi là Li-Fi đã được xác định
là một giải pháp tiềm năng để giảm thiểu các cuộc khủng hoảng phổ RF. VLC đặc biệt
hấp dẫn do ánh sáng là một thứ đã được tích hợp vào mơi trường sống của con người, và
cơ sở hạ tầng phức tạp đã tồn tại. Việc sử dụng quang phổ của ánh sáng nhìn thấy cho
truyền dữ liệu tốc độ cao đã nhận được tín hiệu tích cực bởi sự nổi lên của đèn LED,
đồng thời là trung tâm của làn sóng chiếu sáng tiết kiệm năng lượng thế hệ kế tiếp.
Trong truyền thông quang không dây (OWC), tín hiệu có thể sử dụng miễn phí bước
sóng trong phổ ánh sáng nhìn thấy được từ 380nm đến 750nm, và phổ NIR từ 750 đến


2

2.5μm. Tổng tài ngun băng thơng có sẵn xấp xỉ khoảng 670THz, nó bằng tổng của hơn
10000 phổ RF băng tần 60GHz. Ngoài việc là một giải pháp bổ sung khơng can thiệp
vào giải pháp cơng nghệ RF, OWC có lợi thế về hoạt động tự do trên nguồn tài nguyên
phổ tần rất lớn. Thêm vào đó, tốc độ dữ liệu rất cao có thể được thực hiện bằng việc sử
dụng chi phí thấp lớp front-ends với những đèn LED thương mại có sẵn và PD. Hơn nữa,
nó an tồn cho sức khỏe miễn là tuân thủ đầy đủ các quy định an tồn về mắt. Trở ngại
này ít nghiêm trọng hơn khi sử dụng đèn LED không liên kết pha so với việc dùng laze.
Với sự ra đời của đèn LED không liên kết pha công suất cao và PD có độ nhạy cao,
OWC đã trở thành một ứng cử viên khả thi cho truyền dữ liệu tầm ngắn trong nhà mà có
thể đóng góp vào sự nghiệp thiếu hụt phổ[1].

Hình 1-1: Ánh sáng khả kiến trong phổ RF

Hiện nay công nghệ VLC sử dụng LED đang được phát triển, do sự phổ biến của
LED trong đời sống, dự đốn sẽ dần thay thế bóng đèn sợ đốt trong tương lai. Tuy nhiên
bóng LED vẫn chưa phải là vật liệu chiếu sáng tối ưu vì nó có một số nhược điểm như:
độ sáng gây chói mắt, tuổi thọ khá thấp…Do đó cơng nghệ OLED ra đời để cải tiến


3

những vấn đề này, dự đốn trong tương lai khơng xa sẽ được sử dụng rộng rãi hơn LED
bởi những ưu điểm của nó.
Có nhiều nghiên cứu đã và đang triển khai trên OLED tuy nhiên với tốc độ và băng
thơng cịn hạn chế, chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế.
Vấn đề đặt ra là giải quyết vấn đề băng thông của OLED. Đối với OLED vật liệu
hữu cơ, độ linh động hạt tải thấp hơn so với chất bán dẫn do đó hạn chế đáng kể đáp ứng
tần số của thiết bị. Tốc độ dữ liệu truyền tải đạt được thay đổi phụ thuộc vào chất liệu và
kích thước của thiết bị OLED vì vậy thu hẹp phạm vi các ứng dụng truyền thông dữ liệu.
Một số phương pháp đã được đưa ra để cải thiện đáp ứng tần số thiết bị.
Hầu hết các phương án cân bằng áp dụng cho OLED được dựa trên vật liệu sử dụng
trong thiết bị. Các vật liệu sử dụng có thể có một tác động lớn đến hiệu suất thiết bị. Một
phương án mạch cân bằng cải thiện thời gian sống huỳnh quang (FL) của OLED bằng
cách lựa chọn cẩn thận các lớp hữu cơ. FL là thước đo khoảng thời gian khi vật liệu hữu
cơ vẫn cịn bị kích thích trước khi photon phát xạ. Người ta đã kiểm tra các vật liêu khác
nhau và thời gian FL cho thấy có thể là 0.8, 1.4 và 1.6 ns, điều này cho thấy sự ảnh hưởng
của vật liệu đến FL. Kể từ khi FL góp phần vào tốc độ truyền dẫn, thiết bị phát ra photon
nhanh hơn với tốc độ cao hơn có thể đạt được. Để tạo ra OLED trắng hiệu suất cao, điều
này là cần thiết để chọn lựa cẩn thận các màu sắc cơ bản trong lớp phát xạ. Vật liệu khác
nhau sẽ cho ra màu sắc khác nhau; để tạo ra ánh sáng trắng, toàn bộ quang phổ nhìn thấy
phải được che phủ; để làm được điều này một số chất liệu bắt buộc phải có. Người ta
phải đặt đúng trình tự để đảm bảo độ linh động hạt tải cao cho một độ dẫn điện nhất định.
OLED có động linh động hạt tải thấp hơn so với chất liệu bán dẫn silic. Đối với OLED

độ linh động hạt tải phụ thuộc vào 2 thơng số chính: mật độ dòng điện và nhiệt độ. Độ
linh động hạt tải là trung bình tốc độ trơi trong trường điện, nơi mà điện áp phân cực cao
có thể được áp dụng để tăng tính linh động, do đó làm cho tốc độ truyền tải nhanh hơn.
Mặc dù vậy nhưng thực tế là đáp ứng thời gian OLED cũng bị ảnh hưởng bởi điện
dung lớn do màn hình kích thước lớn của thiết bị OLED. Sự gia tăng kích thước bảng
điều khiển OLED sẽ cải thiện khả năng chiếu sáng và chi phí sản xuất, tuy nhiên nó lại


4

làm cho điện dung ký sinh lớn hơn nhiều mà nó thì làm giới hạn băng thơng điều chế
OLED trên hệ thống VLC.
Bộ tiền tăng cường (hay tiền khuếch đại – sau đây gọi là Pre-Emphasis) được phát
triển ở đề tài trước để bù đắp diện dung lớn của kích thước bảng điều khiển thiết bị[2].
Các thực nghiệm chứng minh rằng băng thông OLED đã tăng lên nhiều lần nhưng vẫn
còn một vài hạn chế là đáp ứng tần số của OLED nói riêng và của hệ thống nói chung
vẫn chưa được phẳng.

Hình 1-2: Đáp ứng tần số
Câu hỏi nghiên cứu đặt ra của luận văn là: mạch Pre-Emphasis của đề tài trước đã
tăng băng thông điều chế, nhưng băng thông không phẳng do đáp ứng phức tạp của
OLED. Do đó, hướng nghiên cứu là thiết kế mạch Pre-Equalizer để giữ được độ bằng
phẳng của băng thông, tăng độ phẳng của đáp ứng ở vùng tần số mong muốn, trong luận
văn này là vùng tần số thấp.


5

Trong chương 2 cơ sở lý thuyết về mạch Pre-Equalizer sẽ được trình bày. Trong
chương 3, các kết quả đo đạc sẽ được so sánh và phân tích. Cuối cùng, chương 4 đưa ra

kết luận chung.

1.2 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Đề tài sẽ giới thiệu, tìm hiểu và nghiên cứu các dạng mạch Pre-Equalizer khác nhau
để áp dụng vào mơ hình hệ thống VLC, mơ hình đề xuất như trong Hình 1-3, sau đó
chọn ra mạch Pre-Equalizer có các thông số (tốc độ, băng thông, đáp ứng..) tốt nhất so
với hệ thống không dùng mạch Pre-Equalizer và thực hiện mạch thực tế thử nghiệm trên
hệ thống sẵn có.

Hình 1-3: Mơ hình nghiên cứu
Đề tài sử dụng máy phát tín hiệu dạng sóng sin hoặc xung vng, tín hiệu sau đó
được đưa qua mạch Pre-Equalizer để loại bỏ các tần số khơng mong muốn sau đó khuếch
đại tín hiệu đủ lớn đưa vào mạch lái để lái OLED. Nguồn phát là OLED băng thơng điều
chế 4,1kHz. Phía thu sử dụng bộ thu Photodiode khuếch đại thác lũ của hãng Thorlab,
băng thơng tối đa 10MHz với độ lợi 0dB, tín hiệu thu sẽ được đưa vào máy hiện sóng để
xem dạng tín hiệu. Đề tài xây dựng hệ thống VLC với nguồn phát tín hiệu hình sin và
xung vng. Các thông số khảo sát hệ thống được thực hiện trong phòng dưới ánh sáng
đèn huỳnh quang, bộ khuếch đại và khoảng cách khảo sát dự kiến là 15cm.


6

1.3 Các đóng góp của luận văn
Luận văn này có các đóng góp như sau:
 Thiết kế mạch Pre-Equalizer cải thiện đáp ứng tần số cho hệ thống VLC.
 Cải thiện đáp ứng tần số của OLED nói riêng và hệ thống VLC nói chung.
 Nâng băng thơng của hệ thống lên 4,2 lần từ 4,1kHz đến 17,5kHz khi sử
dụng mạch Pre-Equalizer.


So sánh và phân tích đáp ứng tần số, băng thơng của hệ thống khi có mạch
Pre-Equalizer và khơng có mạch Pre-Equalizer.



Hệ thống VLC với mạch Pre-Equalizer có thể truyền tín hiệu dạng số với độ ổn
định cao.


7

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Kỹ thuật Equalizer
Mạch Equalizer là mạch cân bằng nhằm cải thiện đáp ứng tần số của tín hiệu ở những
khoảng tần số mong muốn nhằm làm cho đáp ứng tần số phẳng từ đó cải thiện được băng
thơng cũng như tốc độ truyền tín hiệu. Mạch Equalizer có thể được đặt ở phía đầu phát
(Pre-Equalier) nhằm lọc bỏ tần số không mong muốn, tăng độ lợi tín hiệu hoặc đặt ở
phía thu (De-Equalizer) để loại bỏ tín hiệu nhiễu và khuếch đại tín hiệu mong muốn. Các
thiết bị như điện trở, tụ điện, transistor, op-amp...thường được sử dụng trong mạch
Equalizer vì nó đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp. Tuy nhiên, rất khó để xác định giá trị
của các điện trở, tụ điện để có được đáp ứng tần số phẳng. Như đã biết, điều quan trọng
cho hệ thống truyền thông tốc độ cao là có kênh truyền với đáp ứng tần số phẳng.
2.1.1 Mạch lọc thơng thấp RC thụ động

Hình 2-1: Mạch lọc thơng thấp RC
Ở tần số rất thấp, ta có: 𝑋𝐶

=

1
2𝜋𝑓𝐶

Tụ C được xem như hở, kết quả 𝑉0
Ở tần số cao, 𝑋𝐶

=

1
2𝜋𝑓𝐶

→∞

= 𝑉𝑖

→ 0, tụ C xem như nối tắt 𝑉0 = 0𝑉

(2.1)
(2.2)
(2.3)


8

Ở khoảng giữa 2 tần số này, độ lợi điện thế

𝐴𝑣 =

𝑉0
𝑉𝑖

, thay đổi như hình 2-2. Khi tần

số tăng dung kháng tụ C càng giảm và tín hiệu ngõ ra 𝑉0 càng giảm. Điện thế ngõ vào
và ngõ ra liên hệ với nhau bằng cơng thức[3]:

Hình 2-2: Độ lợi điện thế
Khi tần số tăng dung kháng tụ C càng giảm và tín hiệu ngõ ra 𝑉0 càng giảm. Điện thế
ngõ vào và ngõ ra liên hệ với nhau bằng cơng thức:

𝑉0 =

𝐴𝑉 =

𝑉0
𝑉𝑖

=

1
𝑅
1+𝑋
𝐶

thay 𝑋𝐶

Tại đó mà 𝐴𝑉 giảm đi
cắt fi[3].

1
√2

=

𝑋𝐶

𝑉
𝑅+𝑋𝐶 𝑖

1
𝑗2𝜋𝑓𝐶

ta được 𝐴𝑉

(2.4)

=

𝑙ầ𝑛 𝑡ứ𝑐 2𝜋𝑓𝑅𝐶 = 1 hay 𝑓𝑖

1
1+𝑗2𝜋𝑓𝑅𝐶

=

1
2𝜋𝑅𝐶

(2.5)

được gọi là tần số


9

2.1.2 Mạch lọc thơng cao RC thụ động

Hình 2-3: Mạch lọc thơng cao RC
Ở tần số rất cao, ta có: 𝑋𝐶

=

1
2𝜋𝑓𝐶

≈ 0Ω

Tụ C được xem như nối tắt, kết quả 𝑉0
Ở tần số 𝑓0

= 0, 𝑋𝐶 =

1
2𝜋𝑓𝐶

(2.6)

≈ 𝑉𝑖

(2.7)

≈ ∞, tụ C tương với mạch hở 𝑉0 = 0

Ở khoảng giữa 2 tần số này, độ lợi điện thế

𝐴𝑣 =

𝑉0
𝑉𝑖

(2.8)

, thay đổi như Hình 2-4. Khi

tần số tăng dung kháng tụ C giảm và tín hiệu ngõ ra 𝑉0 lớn dần. Điện thế ngõ vào và ngõ
ra liên hệ với nhau bằng cơng thức:

Hình 2-4: Độ lợi điện thế


10

Khi tần số tăng dung kháng tụ C giảm và tín hiệu ngõ ra 𝑉0 lớn dần. Điện thế ngõ
vào và ngõ ra liên hệ với nhau bằng công thức:

𝑉0 =

𝑅.𝑉𝑖

Hiệu suất của 𝑉0 được xác định bởi: |𝑉0 |
Đặc biệt khi 𝑋𝐶
Và |𝐴𝑉 |

=

𝑉0
𝑉𝑖

= 𝑅 ⇒ |𝑉0 | =
=

1
√2

Tần số mà tại đó 𝑋𝐶

(2.9)

𝑅+𝑋𝐶

=

𝑅.𝑉𝑖
√𝑅 2 +𝑋 2 𝐶

1

𝑉

√2 𝑖

(2.11)

= 0.707

= 𝑅 𝑡ứ𝑐 𝑉0 =

(2.10)

(2.12)
1

𝑉 được gọi là tần số cắt fi
√2 𝑖

Vậy

𝑋𝐶 =

1
2𝜋𝑓𝑖 𝐶

= 𝑅 ⇒ 𝑓𝑖 =

1

(2.13)

2𝜋𝑅𝐶

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 𝐴𝑉 = 20 log

1
√2

= −3𝑑𝐵

Tại 𝐴𝑉 = 1 ⇒ 𝑉0 = 𝑉𝑖 (𝑡𝑟ị 𝑡ố𝑖 đ𝑎) 𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 1 = 0𝑑𝐵 [3]

(2.14)
(2.15)

2.1.3 Mạch lọc thông dải RC thụ động
Mạch lọc thông dải là mạch lọc kết hợp giữa mạch lọc thông cao và mạch lọc thông
thấp với tần số cắt 𝑓𝐻 > 𝑓𝐿 . Băng thơng B=𝜔𝐻− 𝜔𝐿 [4].

Hình 2-5: Mạch lọc thơng dải RC


11

2.2 Các đồ án đã thực hiện
2.2.1 Mạch tiền cân bằng sử dụng LED trắng với băng thông đạt được từ 2Mhz
đến 32Mhz
Công nghệ mới được nghiên cứu trong bài báo này là BVL hay truyền băng rộng qua
ánh sáng nhìn thấy là cơng nghệ kết hợp giữa truyền thơng quang VLC và công nghệ
băng rộng BPL qua đường dây điện. Hệ thống này sử dụng bộ tiền cân bằng sau đó qua
mạch Bias- T để lái LED với khoảng cách từ LED đến PIN 3m [5].

Hình 2-6: Hệ thống VLC kết hợp truyền băng rộng sử dụng mạch Pre-Equalizer
2.2.1.1 Pre-Equalizer
Mạch Pre-Equalizer sử dụng bộ lọc thụ động với phần tử RC kết hợp với mạch
khuếch đại không đảo sử dụng Opam 847. Bộ khuếch đại dùng để khuếch đại tín hiệu và
nâng cao chỉ số điều chế của LED. Phía trước bộ khuếch đại có chứa một bộ cân bằng
thụ động gồm một tụ điện C song song với R2 và điện trở tải R1,R3.


12

Hình 2-7: Mạch Pre-Equalizer
Hàm truyền:

𝐻 (𝑗𝑤) = (1 +
Tần số f1 

𝑅5
𝑅4

).

𝑅3
𝑅2
+𝑅3
𝑗𝑤𝑅2 𝐶+1

(2.16)

1
tương ứng với tần số góc của tín hiệu LED.

2 R1C1

2.2.1.2 Mạch Bias T thông rộng
Bias-Tee là một mạch điện 3 cực được sử dụng để thiết lập các điểm phân cực DC
của một số linh kiện điện tử mà không làm ảnh hưởng đến các linh kiện khác. Bias-Tee
là một diplexer (diplexer là một thiết bị 3 cổng phụ thuộc vào tần số mà có thể được sử
dụng như là bộ chia hoặc bộ kết hợp các tín hiệu). Cổng tần số thấp được dùng để thiết
lập phân cực (bias); cổng tần số cao cho các tín hiệu vô tuyến đi qua nhưng ngăn cản
mức phân cực; cổng kết hợp để kết nối các linh kiện (thiết bị) mà có thể sử dụng được
cả phân cực và vơ tuyến. Nó được gọi là Tee bởi vì 3 cổng phân hướng như hình chữ T
như Hình 2-8.
Mạch dựa trên phân cực LED để có mức sáng bình thường bằng cách sử dụng một
điện áp không đổi và thêm các tín hiệu thơng tin dữ liệu vào nó từ tín hiệu nguồn.