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1、 分分 类类 号号 学号学号 M201072033 学校代码学校代码 10487 密级密级 硕硕士士学学位位论论文文 基于基于 FSK 的电力载波通信的电力载波通信 SoC 芯片设计与验证芯片设计与验证 学位申请人：学位申请人： 刘刘 洋洋 学 科 专 业 ：学 科 专 业 ： 集成电路工程集成电路工程 指 导 教 师 ：指 导 教 师 ： 缪向水缪向水 教授教授 答 辩 日 期 ：答 辩 日 期 ： 2012 年年 5 月月 18 日日 A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the De
2、gree of Master of Engineering Design and Verification of Power Line Communication SoC chip Based on FSK Candidate : Liu Yang Major : IC Engineering Supervisor : Prof. Miao Xiangshui Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P. R. China May, 2012 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得
3、的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。
4、 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华中科技大学硕士学位论华中科技大学硕士学位论文文 I 摘摘 要要 电力线通信是以无处不在的电力线缆为传输媒介，具有低投资、高回报、建网及维护简单等突出优点，广泛应用于智能电网、工业控制、智能家居、安防监控等领域，有着巨大的市场。国外在电力线载波通讯技术上研究早、技术强，但是在国内的特殊的电网特性、电力结构等因素影响下，国外电力载波通信芯片在国内并没取得很大成功。而国内现有的电力载波通信芯片普遍存在通信速率低、通信频率以及通信功率不达标等缺陷。因此本文旨在设计一种高效可靠的调制解
5、调方式，并应用到自带 MCU 的电力载波通信芯片中去。 文中介绍了设计 FSK 调制解调器所用到的通信算法原理以及实现形式，其中包括基本的调制解调算法频移键控（FSK） ，检错纠错算法循环冗余码校验（CRC）与差错控制编码（ECC） ，以及伪随机算法扰码器（Scrambler） 。这些算法的引入有效的提高了通信时的可靠性、准确率以及抗干扰能力。在设计时，根据测试结果发现，传输错误经常是以一段连续方式出现，所以本文引入了 Interleave 算法与 ECC 有机结合，增强了 ECC 的纠错能力。 根据算法设计，本文完成了 FSK 调制解调器 IP 的设计，在功能仿真正确后将其集成于电力载波通信
6、 SoC 芯片中。接着对整个 SoC 设计进行验证，包括功能仿真、静态时序分析、 形式验证以及后端设计的 DRC 和 LVS 等验证方式。 最终完成了 SoC芯片的版图设计，并交由中芯国际代工生产，最后封装测试。测试结果表明芯片能够正常工作，性能上已经和国内现有的电力载波芯片持平甚至更优，而本文所设计的芯片具有更低的成本和更快的传输速率，所以具有更强的竞争力。 关键词：关键词：电力载波通信 SoC FSK 调制解调器 MCU 验证 华中科技大学硕士学位论华中科技大学硕士学位论文文 II Abstract By using existing power lines as its transmis
7、sion channel, power line communication (PLC) has the advantage of high reliability, low cost but high returns and its construction will be synchronized with the grid. With these advantages, power line communication has been widely used in the field of smart grid, industrial control, smart home and s
8、ecurity monitoring. This article aims to design an efficient and reliable modem, and integrate it into the power line carrier communication SoC chip which is also designed by this article. This article describes the principle and forms of communication algorithm used in the FSK modem design, includi
9、ng Frequency Shift Keying, Cyclic Redundancy Check, Error Correcting Code, and Scrambler. These algorithms would effectively improve the communication reliability, accuracy, and anti-jamming capability. According to test results, transmission errors often appear in continuous way, so I introduces th
10、e interleave algorithm. By organic combination with Error Correcting Code, the interleave algorithm would enhance the error correction capability of Error Correcting Code. According to the algorithm design, I have completed the design of the FSK modem IP. After functional simulation, it would be int
11、egrated into the power line carrier communication SoC chip. Then the entire SoC design should be verified, including functional simulation, Static Timing Analysis, formal verification, Design Rule Check and Layout Versus Schematic. After completed the layout, we handed the GDS II over to the SMIC fo
12、undry to product. The test results show that the chip works properly, and its performance is equal to the existing power line carrier chip or even better. With lower cost and faster transfer rates, therefore, our chip has a stronger competitive force. Keywords：Power Line Communication SoC FSK modem MCU Verification 华中科技大学硕士学位论华中科技大学硕士学位论文文 III 目目 录录 摘摘 要要 . I Abstract. II 1 绪绪 论论. 1 1.1 电力载波通信技术概述. 1 1.2 电力载波通信芯片的发展与现状 . 1 1.3 本文研究目的与内容安排 . 4 2 FSK调制解调调制解调器算法设计器算法设计 . 6 2.1 频移键控（FSK） . 6 2.2 循环冗余码校验（CRC ） .12 2.3 差错控制编码（ECC） .14 2.4 扰码器（Scrambler） .16 2.5 本章小结 .18 3 FSK调制解调器调制解调器 IP 核设计
