电力线载波芯片

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1、一种适合中国电力网的通信电路 一种适合中国电力 网的通信电路 一、 芯片研发背景 电力网是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。 而现有的功能仅仅是传输电能，如何利用网络资源潜 力，在不影响传输电能的基础上，实现窄带或宽带通 信，使之成为继电信、电话、无线通信、*通信之 后的又一通信网，是多年来国内外科技人员技术的又 一目标。要使电力网成为又一个新的通信网技术手段 只有载波通信。电力线载波通信又分为 35KV 以上的高压载波通信； 10KV配电网的载波通信和民用（400V以下）电力线 载波通信。在技术上高压载波通信主要为业内业务通 信。由于网络专一性，其简单的数据通信国内外已基 本成熟。进入

2、千家万户的民用低压电力网才是最大的 通信物理网络。但在该网络上实现通信一直是全世界 科技工作者的研究课题。由于在低压电力线上实现通 信有许多技术难点：如网络不规范、节点多、隔离多、 随机干扰等。也可以说民用电力线路阻抗对通信而言 是一个不确定、无规则、随机干扰，网络特性呈拓扑 特性的非标准通信网。在技术上带来很大难度，成为 通信领域上的一大挑战课题。近 10 年来，美国、英 国、德国、以色列、中国等国的科技人员一直从事这 方面的技术研究与开发。到目前为止，国内外已有一 些企业开发出了用于电力线载波通信的产品：如开发 的电力线载波抄表系统在技术上取得了可喜的进步和 成功，但尚未能符合用户使用要求

3、，由于专用芯片的 原因，抄表系统的抄到率最高仅能达到 90%左右。尽 管如此，目前我国在该方面的技术属先进行列。实践 证明用进口通用通信芯片不可能实现我国民用电力网 的可靠载波通信。但是随着市场需求和技术的发展， 将来的民用电力线载波通信必将成为一个很大的通信 网，是众商家瞄准的市场。在电力线上实现数据通信，人们进行了很多尝试。电 力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻 抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利于数据 传输的特性。为了排除这些干扰，目前利用电力线进 行通信的产品中，主要使用窄带通信方式和扩频通信 方式。窄带通信方式价格低廉且较为容易实现，所以 在以往的应用中比较普遍。如

4、利用电力线 ModemLM1893和ST7536可在电力线上实现数字通信。但这 种方式具有许多缺点，它的抗干扰能力比较弱，尽管 其*具有较窄的通带，但由于此类接收装置中的滤 波器具有高品质因素，瞬间的脉冲噪音会使其产生自 干扰，对传输来的信号产生误操作，而使用低品质因 素的滤波器又会使通带带宽加大，会令更多的噪声进 入*，所以窄带通信对脉冲噪声的抵抗性较差。同 时由于采用 FSK 方式产生载频信号，电路各部分参数 的确定几乎都和中心频率有关，而代表正负电平的载 频相差很小（仅为中心频率 ?的 4.4%），因此要保持 中心频率的稳定必然带来相应的硬件开销。一般来说， 窄带通信适用于传输速率相对较

5、低、传输距离比较短 的点对点通信。为了能够更好地满足通信速率及可靠 性方面的要求以及适应多用户环境下的电力线通信， 基于扩频技术的电力线载波数据通信技术得到长足的 发展。二、 芯片功能特点及技术指标1. 由北京智源利和公司设计开发的 SC1128 芯片与目 前在民用电力线载波通信使用的芯片比较如下：型 号 EN5050DTDA5051 ST7535ST7536ST7537 SM1893SM2893 SSCP200SSCP300SSCP485 INT5130 PL200 SC1128调制方式 ASK FSK FSK SSC DQPSKDBPSK 2DPSK 2DSK带宽特点 窄带 窄带 窄带 1

6、00-400KHz 多载波 84 个 3 75KHz 宽带 59-535KHz灵敏度 10mV 1mV 10mV 1mV 5mV 5mV 70uV 信号动态范围 50dB 60dB 50dB 70dB 55dB 90dB 120dB波特率 1.2Kpbs 2.4Kpbs 4.8Kpbs 7.5Kpbs 14Kpbs 250pbs 5.75Kpbs时钟 无 无 无 无 无 无 有缓存 无 无 无 有 有 无 有国 外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家 公司推出了自己的电力线载波 modem 芯片，并制定 了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美洲地区电 网(480Y/277V, 20

7、8Y/120Vac)的标准频率范围100kHz450kHz和针对欧洲地区电网(400Y/230Vac)的标准频率范 围 9kHz150kHz。各 家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采 用各种特定专有技术，设计出各自的电力线载波 modem 芯片。由于国外电力 线载波 modem 芯片是 针对本地区电网特性、电网结构，且一般是针对家庭 内部自动化而设计，在国内使用都难尽人意。实现电 力线载波数据传输的关键是要克服 电力线上所存在 的问题，归结起来就是功能强大和性能优越的电力线 载波专用 modem 芯片的设计和应用。1、现有几种电力线载波芯片比较几种电力线载波芯 片比较表Farhill

8、 Sep9,2006型 号LM1893ST7535ST7536ST7537SSCP200SSCP300SSCP485PLT-22调 制 方 式FSKFSKSSCBPSK带 宽 特窄带50-300kHz窄带窄带100-400KHZ窄带132 kHz（主频） 115 kHz（辅点频）灵 敏 度2mV2mV1mV0.8mV信 号 动 态 范 围110dB60dB70dB80dB波 特 率4.8Kbps2.4Kbps7.5Kbps5.4/3 6Kbps时J F钟无无无有缓存无无有无2. 现有几种电力线载波芯片XR2210/XR2206 套片或 LM1893这 是比较早的电力线载波芯片。XR2210/X

9、R2206 是一组 FSK 方式的调制解调芯片，并不是专门针对 电力线载波通讯设计的，还可用于有线和无线通讯。 LM1893 是美国国家半导体公司生产的 modem 芯 片，采用 FSK 调制解调方式。它只是对一般 FSK 调 制解调芯片稍作改进，目前，这两款 modem 芯片 在 国内基本没有采用。（2）ST7536ST7536 是 SGS-THOMSON 公司专为电力线载波 通讯而设计的 modem 芯片。由于它是专用 modem 芯片，所以除有一般 modem 芯片的信号调制解调功 能外， 还针对电力线应用加入了许多特别的信号处 理手段。目前，在国内电力线载波抄表领域应用广泛， 只是各公

10、司应用水平不同。ST7536是半双工的FSK modem 芯片，600bps 时灵敏度为 2mV, 1200bps 时灵敏度为3mVo它针对电力线载波通讯采用了数 字滤波器、AFC（自动频率控制）、ALC（自动输出幅 度控制）以及软件上的3字节容错等现代通讯技术。ST7536也是较早的电力线载波modem芯片，调制 解调技术是较落后的 FSK 方 式，加上 3 字节容错， 最高波特率只能达到400bpso另外它无CSMA（网络 载波侦听）功能，这些限制了它的应用。目前，在国 内电力线载波抄表领域， ST7536 是最适合的 modem 芯片。但它通讯距离不是很理想；需要作中 继器时，通讯速度太

11、慢；它是每位中断一次，按 1200bps计算，每833ps中断一次，对更复杂的应 用来讲，833ps间隔短了一点。(3) SSC P300SSC P300 是 Intellon 公司采用现代最新通讯技术设 计的电力线载波modem芯片。它采用了扩频(Chirp 方式)调制解调技术、现代DSP技术、CSMA技术 以及标准的CEBus协议，可称为智能modem芯片, 体现了 modem 芯片的发展趋势。但在国内电力线载 波抄表领域使用效果还不如较早的ST7536。究其原 因,SSC P300是Intellon公司按北美地区频率标准、 电网特性，特别针对家庭自动化而设计的。频率范围 100kHz40

12、0kHz,电网电压 480Y/277Vac、 208Y/120Vac、60Hz。它可采用线一地藕合方式。由于针对家庭自动化,主要一家一户式独立住宅,所 以在通讯距离上, 它还采用陷波器隔离,防止干扰 邻近住宅。因此比较适合基于电力线网的家庭局域网 的应用。(4) PLT-22PLT -22是Echelon公司最新电力载波收发器，它是 针对工业控制网而设计的。它采用BPSK调制解调 技术以及多种容错及纠错技术，目前在中国电力线网 上 应用效果较理想。但是由于它是 Lonworks 网络 专用，使用该模块设计低压电力线载波Modem时， 必须配合含嵌人式网络操作系统的专用 Neuron 芯 片来完

13、成控制操作。因此，整个系统的成本较高，仅 适用于某些专业通信的领域，无法应用于类似民用电 能表等对价格敏感的场合。参考文献：刘 昆，白昊力，卢志忠，辛英华 基于LonWorks 的低压电力线载波通信技术 黑龙江电力 2004,(2).刘桂华,电力线载波家电网络控制系统的设计与 实现 电子工程师 2001,(3).等三、 SC1128 扩频通信芯片1 载波扩频通信技术突破多年来国内外民用低压电力线载波通讯一直停 留在实验室阶段，近年来许多企业生产民用电力线载 波抄表在使用中抄表率均未能达到100%和准实时。其 原因是电力线网络非规则，使信号传输受到电力网各 种干扰信号阻塞，成为一时难以跨越的障碍

14、。目前国 外生产的各种通信芯片还不适应于我国电力线载波通 信，根据通信理论，运用直序扩频方式63 位伪随机码 技术，开发设计出来的 SC1128 载波通信芯片，该芯片 为0.6pm CMOS工业级封装技术，灵敏度达到70yV。使 民用载波抄表实现准实时，抄到率达 100%，符合产品 化和用户要求，是载波扩频通信的一次突破。2 适应中国民用低压电力线载波而设计。在通信领域电力线载波通信还是一块成本低市 场大的处女地，在这个开发利用的通信领域中，我国 有望成为世界的先行。因为中国的民用电力网是信号 传输最复杂的网络，在这种网络中实现通信的技术难 度最大。可以说 SC1128 是电力线载波通信芯片的

15、佼佼 者。在国外民用电力网应用效果更好。反之，国外的 民用载波抄表技术不适应中国的网络，英国、以色列 的同类技术在中国无法使用。至今 SC1128 芯片属国际 上先进水平。此外，SC1128是针对国内众多生产载波 表厂家设计，从根本上抓住了这一市场要求。3.逻辑框图:4. SC1128 扩频通信芯片技术性能和特点：a采用扩频技术，提高动态范围（120db）,抗干 扰能力强；b采用2DPSK调制方式；c灵敏度70uVd内置调制，解调，扩频，解扩电路；e扩频带宽59-535KHZf最大序列长度63bit,并可以软件设定；g最大波特率5.75Kbps,并可以软件设定；h可以软件设定捕获电平和跟踪电平；i提供UART异步串口，可以和单片机及计算机 串口方便连接；j内置看门狗电路；k.内置上电复位和电源监测电路；l. 内置时钟电路，为复费率电表及需要时钟的应 用系统提供时钟；m内置振荡器；nI/O 口带 4000V ESD 保护；0.内置掉电保护存储器，可以在掉电时保护数 据；p有正弦波输出和方波输出两种形式。正弦波输 出有输出功率放大器，122dBuV的输出电压，可以方 便的和电网耦合连接；q输入有限幅放大电路，增益为110-120dB;r内置预同步产生电路，可