摘 要： 主要論述了電力線載波的基本原理，同時(shí)詳細(xì)分析了XPLC-30的基本架構(gòu)及其主要外圍接口電路。
關(guān)鍵詞： XPLC-30； 電力線載波
電力線通信PLC（Power Line Communication），是指利用堅(jiān)固可靠的電力線作為信號(hào)的傳輸媒介，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)[1]。電力線載波通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期。它以電力線路為傳輸通道，具有通道可靠性高、投資少、見(jiàn)效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)。
1電力線載波的通信原理
1.1多載波通信基本原理
多載波調(diào)制技術(shù)的基本原理是在頻域內(nèi)將信道的可用帶寬劃分為N個(gè)頻譜重疊的子信道，使相鄰子信道間的載波頻率的間隔為符號(hào)速率一半的整數(shù)倍，這樣各載波間可保持正交,使載波集合符合奈奎斯特準(zhǔn)則[2]。目前使用的多載波調(diào)制技術(shù)主要有OFDM、DMT和WMT等。
1.2 多載波通信特點(diǎn)
與普通的單載波相比，多載波調(diào)制技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)在DMT/OFDM調(diào)制中，由于引入了循環(huán)前綴，時(shí)域均衡只需使均衡信道的沖激響應(yīng)長(zhǎng)度小于循環(huán)前綴的長(zhǎng)度即可，這樣可以不用單載波調(diào)制系統(tǒng)中的高階數(shù)字均衡器[3]。
(2)在傳輸速率相同的情況下，由于多載波調(diào)制系統(tǒng)中的碼元周期較長(zhǎng)，使得脈沖干擾和快衰落對(duì)它的影響遠(yuǎn)弱于對(duì)單載波調(diào)制的影響。
(3)單載波調(diào)制系統(tǒng)對(duì)于單頻干擾較為敏感，而在多載波調(diào)制系統(tǒng)中，各子信道可以根據(jù)各自的信噪比大小傳送不同的比特?cái)?shù)，并可關(guān)閉干擾嚴(yán)重的信道，這樣既能充分利用頻帶，又可克服窄帶干擾。
2 通信系統(tǒng)總體構(gòu)成
XPLC-30集成ARM9內(nèi)核和必要的外圍接口電路，為用戶開(kāi)發(fā)提供了很多附加的功能，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中主要用到了其串口和電力線模擬信號(hào)輸入模塊。
2.1系統(tǒng)框圖
圖1顯示了XPLC-30系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,其核心就是ARM940T。XPLC-30集成了以下功能：基于DMT的電力線載波通信；內(nèi)置帶中斷控制器的ARM處理器，4通道 DMA控制器，5個(gè)計(jì)時(shí)器和看門狗定時(shí)器；64 KB內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器和20 KB內(nèi)部SRAM；外部可擴(kuò)展SRAM接口(可達(dá)2 MB)；2個(gè)UART/IrDA 接口；2端口可編程脈沖寬度調(diào)制(PWM)；4端口可編程脈沖計(jì)數(shù)(PC)；SPI(Flexible Serial Peripheral interface)；3端口模擬信號(hào)測(cè)量(ASM)。
2.2 系統(tǒng)主要外圍接口電路
(1)由于電力線通信速率還很低，考慮到可行性，協(xié)議選用串口和主機(jī)進(jìn)行通信，圖2即為所用到的串口接口電路。協(xié)議使用J2端。
系統(tǒng)共接出2個(gè)串行口，其中PLCP用UART0(J2)，當(dāng)需要向芯片里燒寫程序時(shí)，也使用UART0，波特率為115 200 b/s，此時(shí)用戶需使外部開(kāi)關(guān)Switch 8為低電平，啟動(dòng)代碼將自動(dòng)轉(zhuǎn)入燒定代碼的程序分支，用戶要燒寫的代碼將被自動(dòng)寫入到用戶代碼區(qū)。當(dāng)要運(yùn)行用戶代碼時(shí)，只需使Switch 8為高電平，啟動(dòng)代碼將自動(dòng)加載用戶代碼運(yùn)行。由于電力線傳輸速率較低，所以約定運(yùn)行用戶代碼時(shí)將串口波特率設(shè)置為19 200 b/s。
(2)XPLC-30內(nèi)部包含調(diào)制和解調(diào)電路，只需將電力線輸入信號(hào)變壓放大就可輸入XPLC-30。圖3即為電力線耦合電路。
從電力線輸入的帶載波信號(hào)的工頻信號(hào)通過(guò)圖3的電力線耦合模塊就可直接進(jìn)入XPLC-30的自動(dòng)增益控制電路。圖中用2個(gè)穩(wěn)壓二極管作為過(guò)壓保護(hù)電路，防止電力線輸入信號(hào)電壓過(guò)高，使XPLC-30電路出現(xiàn)超載，而導(dǎo)致失去濾波作用。
(3)由于電力線通信環(huán)境的惡劣，信號(hào)衰減很大，增益控制電路必須很好地控制對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)，以免輸入信號(hào)使解調(diào)電路出現(xiàn)超載。
由于低壓電力的傳輸環(huán)境很惡劣，不同的距離對(duì)信號(hào)的衰減影響很大,所以必需有自動(dòng)增益控制電路。XPLC-30外圍接口電路中所用的自動(dòng)增益控制電路如圖4,系統(tǒng)共用了2個(gè)這樣的電路來(lái)對(duì)電力線傳入的信號(hào)進(jìn)行增益控制。
XPLC-30共輸出8位信號(hào)(AGC0~AGC7)用于增益控制電路的輸入，AGC0~AGC7的輸出與增益的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。
本文主要對(duì)XPLC-30的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其外圍接口電路做了簡(jiǎn)要分析。XPLC-30共有128個(gè)引腳，除了一些功能固定引腳外，還有一些引腳可被用戶自己定義，同時(shí)還給開(kāi)發(fā)用戶提供了多種運(yùn)行模式，方便用戶調(diào)試各個(gè)模塊。在芯片的各引腳中，有些引腳在不同的運(yùn)行模式下有不同的意義，有些引腳在同種模式下也可有不同的定義。因此對(duì)于同一端口可能存在重復(fù)定義。
本文創(chuàng)新性地把XPLC-30應(yīng)用于電力線載波通信模塊的硬件設(shè)計(jì)中。
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