1、基于TMS320C50芯片的電力線載波通信設備的設計與實現法贊·拉希迪 （Farzan Rashidi）邁赫蘭·拉希迪（Mehran Rashidi）阿拉什·哈什米-侯賽尼（Arash Hashemi-Hosseini）摘要 我們注意到通信系統的發展和不斷增加的溝通需求，為了可以更好地理解廣泛的通信網絡需求，而且能夠低成本和高可靠性的傳輸數據1。所以需要低成本和易用的電網作為通信信道進行數據傳輸，例如電力線載波系統（PLC）。電力線載波通信網絡有低壓，中壓和高壓之分，在本文中我們主要涉及高壓和它的傳輸機制。通過本文可以更了解電力線數據傳輸系統。此外，我們將討論數據

2、傳輸系統的框圖，其各部分如何互相通信，接著說明處理單元和主系統的圖表。關鍵字 - 高壓線傳輸，電力線載波通信，高頻工藝，基帶流程，數字信號處理，混合1 介紹PLC系統是一個單信道通信的設備，通過高壓線連接高功率站，在本系統中使用單邊帶調制。描述數據傳輸系統前，先對系統的一些特性進行綜述。該系統具有在40-400KHz的全部頻段以4KHz的步進發送和接收的能力。通過編程，發送功率可以是常規的5、10、20和40W。可以由計算機監控系統中的信息，可以在系統上執行不同的結構，用戶發送和接收和發送和接收的PLC濾波器可以編入載波頻率。內部系統完全數字化，并完成數字調制和解調的HF以及VF過程。在該系統

3、中兩個數字調制解調器在語音和數據頻段，數字化語音和數據頻段濾波器。10W和40W的系統所需的功率最大分別為40W和150W。也可選擇75-125-150的阻抗。所有發送和接收的層（如語音，數據，載波信號），可以用軟件編程。拉希迪·法贊，工程研究所，德黑蘭，伊朗。邁赫蘭·拉希迪，霍爾木茲甘地區電器有限公司，班達爾阿巴斯，伊朗。阿拉什·哈什米·侯賽尼，工程研究所，德黑蘭，伊朗。2 系統操作在這部分中對PLC系統的電氣規格進行說明。如圖（1）所示的系統圖。圖1：電力線載波系統總體框圖2.1發送語音（執行2線，4線，CO中央辦公室線或電話線路），調制解調器信號和

4、信令從三個不同的路線進入數字處理單元（VFDSP）。通過軟件合成相關的過濾后的音頻信號，HFDSP電路調制單邊帶信號。在HFDSP電路調制后，高頻的數字信號轉換為模擬信號，通過D / A然后被發送到合成電路。高頻信號在P.A被放大，通過高頻濾波器和混合電路后發送。2.2 接收接收的信號經過合成電路的初步濾波通過ALC，強制經過AGC過濾后發送到HFDSP。然后這個信號通過A / D數字化，并發送到2-6KHz的HF數字處理器。之后發送到VFDSP解調。信號進入DSP處理器，從DSP接收到的信號電平中，生成AGC期望的電平。建立一個循環自動增益控制信號，使用接收到的載波，在數字處理器中創建軟件方

5、式的PLL（鎖相環路），最后解調。數字化語音，調制解調器，信令和FSK解調，提取出的語音，這些信號被發送到語音頻率接口（VFI）。3 系統部件的研究3.1音頻電路此電路是連接元件之間的PLL終端和其他電路，圖（2）是音頻電路圖，這個電路和其他外設ê之間的連接。電話，CO線，6線E&M接口，4線E&M接口，三個不同的信道且每個信道都有2RX和2TX的手持收發調制解調器線。所有的語音和電報的輸入和輸出，分離放大器在電路邊緣使用電位計。3.2 VFDSP電路此電路由兩個主要部分組成：基帶DSP和監控器，每個部分在下面的章節中詳述：圖23.2.1監控部分監控的一個重要作用是復

6、位DSP，當有一個復位命令時80C31集成電路將初始化和復位VFDSP。此外，如果監控沒有收到一定的時間代碼也將復位DSP。另一個作用是發布系統報警，當發生以下任何錯誤：某個系統供應超出，某個功率放大器輸出低于正常值的一半，信噪比少于給定值，輸入發送信號如AGC或PLL環路不能被鎖定，在這些情況下，LED燈將亮。圖（3）是監督部分在VFDSP電路的詳細框圖。本段的目的是設置系統的工作結構或系統的能力。配置部分可配置如何搭載語音、電報和信令進行信號輸出；可配置帶寬和語音電報濾波器范圍 可選擇輸出信號功率；可選擇載波信號功率；可選擇信令功率；可選擇發送語音和電報信4 功率；可選擇AGC中心類型（信

7、令或載波)；可改變的AGC的信號放大；可選擇壓縮擴；器狀態為激活或未激活；80C31微控制器讀取所有的系統電壓，功率放大器的輸出電平3 AGC的控制電壓并顯示（通過監控系統在手持系統的LCD或PC的監視器顯示)。3.2.2基帶部分在基帶部分中VFDSP電路是一個TMS320C50的DSP，使用具有40MHz時鐘和40MIPS的處理速度（周期時間=25ns的)。采樣模擬話音和電報信號時，使用模擬接口電路 (AIC) TLC320AD50。圖（4）為具體的VFDSP電路的基帶框圖。3.2.3 基帶的發送部分由AIC將輸入的模擬語音信號進行緩沖區和數字化，連續發送到DSP。輸入的模擬電報信號，也由A

8、IC數字化和連續發送到DSP。輸入的電平信號在RS232轉換為TTL信號。 圖3 圖43.2.4 基帶的接收部分SSB (2 - 6KHz)根據使用TMS320C50處理器的配置，HFDSP輸出信號轉換為輸出數據，信令，話音或電報信號，語音和電報信號被連續傳輸到AIC，然后轉換為換模擬信號由專用集成電路將信息由TTL電平轉換為RS232電平。該AGC信號由PWM格式過濾并轉換為直流電，然后被發送到AIC電路。3.2.5 VFDSP部分如何連接監控部分監控從EEPROM中讀取配置信息，并將此信息發送到DSP.復位后VFDSP從監控和配置本身讀取配置信息。經過一定過程后VFDSP將發送如S/N，P

9、LL標記和AGC鎖等到監控。3.3 HFDSP電路高頻工序均由本電路，圖（5）為本電路的詳細電路圖。3.3.1 接收部分接收到的模擬信號被放大和采樣。A/D從雙向存儲器的一端寫入，處理器從另一端讀取，這個信號乘以FCHR-2的頻率上的載波，然后被傳輸到處理器中的2-6千赫，之后被發送到在VFDSP電路。3.4 自動電平電路此電路把需要的信號從電力線中其他不需要的信號中分離出來。圖（6）為本電路的電路圖。T型1dB步進可變衰減器（0-31dB的衰減器）。這些衰減器阻抗為75歐姆。從線路衰減接收信號電平產生結果。接收過濾器是耦合型3LC諧振電容。過濾器線圈由可變的玻璃核心制成，也有小感應磁通和小寄

10、生電容。電路中需要高品質的線圈和電容。 圖5 圖63.5 電力放大器電路需要功率在5-40W之間才能在線路中發送信號。圖（7）為功率放大電路。 混合電路的分離器的輸出信號輸出到功率放大器電路。首先是一個差分放大器。使用某些過濾器確保放大器工作在40-400KHz頻率。現在我們將有兩個輸出且相位差為180。然后過濾這兩個輸出發送。差分電平的電流是由電源供給。功率電平工作在AB類，這意味著晶體管在達到閾值時打開。 圖7 圖83.6 功率合成器和功率濾波器電路此電路由預放大器，可變增益，分配器，功率收集器和功率濾波器組成。它過濾TX信號衰減無用信號。此外，此電路放大PLC頻帶以外的阻抗,因此如果有幾

11、個PLC并聯，其他的PLC不能加載。圖（8）顯示此電路的框圖。HFDSP電路的輸出進入分離器部分，然后被轉換為兩個相位差180º信號，NPN晶體管，這兩個信號被放大并輸入相關的PA電路。在該電路中的功率被放大以20W輸出，然后發送到合成器電路。變壓器將它們合成在一起，變壓器的輸出將被過濾掉。在這部分中，使用一個具有兩個串聯電容耦合的諧振器的過濾器。在此電路中的電容和線圈需要高品質的。需要注意到線圈的量是固定的，電容將根據網絡的頻率而改變。根據使用的頻率選擇耦合電容。濾波器的帶寬是相同的，但Q是不同的，因此，40KHz的Q是5和400KHz的Q是50。這意味著電容網絡的兩端處的電壓可以

12、是1.5KV，因此這個網絡需要高電壓。3.7 混合電路此電路發送和接收信號分離，并采用適應線路的阻抗。此電路發送信號到線路和從線路接受信號到RX，TX和RX之間的最小隔離為40dB。圖（9）為此電路的框圖。變壓器是非對稱的和使TX的衰減盡可能小的設計，（約0.3分貝）因為PLC的主要噪聲往往是非參考噪聲，輸入衰減不降低S/N，因此，到RX的線路衰減（約12分貝）是可以容忍的。因為它使用ZB平衡阻抗（40dB以上)，這種合成使TX和RX之間的隔離較高。電子管用來保護線路，也使用齊納二極管來保護RX。分配ZB分配使用電位器，跳線和修剪器。用75， 125和150線調整阻抗，其他的變壓器也放置在電路

13、中。這個變壓器可以運作在平衡或不平衡的狀態。 圖9 圖104 結論通過對高Q值的線圈和電容的組合使用，發送和接收過濾器具完全選擇性，并且可以設置不同的電容器通過基帶。發送和接收濾波器的實例分別為圖（10）和（11）。通過群時延數字濾波器，系統將遠遠優于標準，且每個濾波器在其他頻段的衰減（如語音電報帶過濾器）將在60dB以上。圖（12）和（13）分別展示了語音和調制解調器濾波器響應。由于采用數字技術，合成的載波保持不變（誤差小于5Hz），且沒有抖動噪聲。數字技術的使用，也使相鄰信道和顯示頻率急劇衰減，最后系統將在設置、結果和電路數量方面達到最優化。圖11，12，135 參考1 歐洲標準EN500

14、65下信號頻率在3kHz到148.5kHz范圍內的低壓電器設備，德國工程師協會出版社（VDI），柏林1991.12 R'M. Viens，H.J.Trussel，LJ.Gate 和JBO'Neal，住宅配電電路的噪聲，IEEE學報，電磁兼容性類，1994.11.4，Vol.EMC-26：161-1683 J.A.Malac，JREngstrom，歐美電力線RF阻抗，IEEE學報，電磁兼容性類，1976.2，Vol.EMC-18（1）：36-384 RMVines，H.J.Trussel，K.S.Shuey和J.B.O'Neal，住宅配電電路，IEEE學報，電磁兼容性類，1985.2，Vol.EMC-27（1）：6-125 P.K.Gracht 和 R.W.Donaldson，通信電力干擾電路上使用的偽噪聲調制，IEEE學報，通信類，1985.9，Vol.Comm- 339