电力线载波芯片.docx

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电力线载波芯片

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，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EN5050DTDA5051ST7535ST7536ST7537SM1893SM2893SSCP200SSCP300SSCP485INT5130PL200SC1128

调制方式ASKFSKFSKSSCDQPSKDBPSK2DPSK2DSK

带宽特点窄带窄带窄带100-400KHz多载波84个3．75KHz宽带59-535KHz

灵敏度10mV1mV10mV1mV5mV5mV70uV

信号动态范围50dB60dB50dB70dB55dB90dB120dB

波特率1.2Kpbs2.4Kpbs4.8Kpbs7.5Kpbs14Kpbs250pbs5.75Kpbs

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，208Y/120Vac）的标准频率范围100kHz~450kHz和针对欧洲地区电网（400Y/230Vac）的标准频率范围9kHz~150kHz。

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

FarhillSep9,2006

型号

LM1893

ST7535

ST7536

ST7537

SSCP200

SSCP300

SSCP485

PLT-22

调制方式

FSK

FSK

SSC

BPSK

带宽特点

窄带

50-300kHz

窄带

窄带100-400KHz

窄带132kHz（主频）

115kHz（辅频）

灵敏度

2mV

2mV

1mV

0.8mV

信号动态

范围

110dB

60dB

70dB

80dB

波特率

4.8Kbps

2.4Kbps

7.5Kbps

5.4/3.6Kbps

时钟

无

无

无

有

缓存

无

无

有

无

2.现有几种电力线载波芯片

（1）XR2210/XR2206套片或LM1893

这是比较早的电力线载波芯片。

XR2210/XR2206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）ST7536

ST7536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，只是各公司应用水平不同。

ST7536是半双工的FSKmodem芯片，600bps时灵敏度为2mV，1200bps时灵敏度为3mV。

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400bps。

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，通讯速度太慢；它是每位中断一次，按1200bps计算，每833μs中断一次，对更复杂的应用来讲，833μs间隔短了一点。

（3）SSCP300

SSCP300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，SSCP300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100kHz~400kHz，电网电压480Y/277Vac、208Y/120Vac、60Hz。

它可采用线－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-22

PLT-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。

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0.6µmCMOS工业级封装技术,灵敏度达到70µV。

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70uV

d.内置调制，解调，扩频，解扩电路；

e.扩频带宽59-535KHz

f.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；

n.I/O口带4000VESD保护；

o.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，可以产生预同步码；

s.内置输入输出缓冲寄存器和有效数字鉴别电路；

t.内置脉冲计数电路，并有掉电保持功能；

四.SC1128芯片市场应用

产品应用领域

1）电力线载波通信；

2）载波抄表（水，电，气表），电网管理等；

3）家庭自动化（网络家电，家庭各种电器控制）；

4）智能大厦及楼宇控制；

5）办公室间通讯；

6）火警，保安系统；

7）计算机终端接口；

8）载波电话

本文来自:

中科软件园（）详细出处参考：