翻譯-基于TMS320C50芯片的電力線載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于TMS320C50芯片的電力線載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的發(fā)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(wǎng)絡(luò)需求，而且能夠低成本和高可靠性的傳輸數(shù)據(jù)1。所以需要低成本和易用的電網(wǎng)作為通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，例如電力線載波系統(tǒng)（PLC）。電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)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(jī)制。通過本文可以更了解電力線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。此外，我們將討論數(shù)據(jù)

2、傳輸系統(tǒng)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(tǒng)的圖表。關(guān)鍵字 - 高壓線傳輸，電力線載波通信，高頻工藝，基帶流程，數(shù)字信號(hào)處理，混合1 介紹PLC系統(tǒng)是一個(gè)單信道通信的設(shè)備，通過高壓線連接高功率站，在本系統(tǒng)中使用單邊帶調(diào)制。描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)前，先對(duì)系統(tǒng)的一些特性進(jìn)行綜述。該系統(tǒng)具有在40-400KHz的全部頻段以4KHz的步進(jìn)發(fā)送和接收的能力。通過編程，發(fā)送功率可以是常規(guī)的5、10、20和40W?？梢杂捎?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的信息，可以在系統(tǒng)上執(zhí)行不同的結(jié)構(gòu)，用戶發(fā)送和接收和發(fā)送和接收的PLC濾波器可以編入載波頻率。內(nèi)部系統(tǒng)完全數(shù)字化，并完成數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的HF以及VF過程。在該系統(tǒng)

3、中兩個(gè)數(shù)字調(diào)制解調(diào)器在語(yǔ)音和數(shù)據(jù)頻段，數(shù)字化語(yǔ)音和數(shù)據(jù)頻段濾波器。10W和40W的系統(tǒng)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(fā)送和接收的層（如語(yǔ)音，數(shù)據(jù)，載波信號(hào)），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(qū)電器有限公司，班達(dá)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(tǒng)操作在這部分中對(duì)PLC系統(tǒng)的電氣規(guī)格進(jìn)行說明。如圖（1）所示的系統(tǒng)圖。圖1：電力線載波系統(tǒng)總體框圖2.1發(fā)送語(yǔ)音（執(zhí)行2線，4線，CO中央辦公室線或電話線路），調(diào)制解調(diào)器信號(hào)和

4、信令從三個(gè)不同的路線進(jìn)入數(shù)字處理單元（VFDSP）。通過軟件合成相關(guān)的過濾后的音頻信號(hào)，HFDSP電路調(diào)制單邊帶信號(hào)。在HFDSP電路調(diào)制后，高頻的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，通過D / A然后被發(fā)送到合成電路。高頻信號(hào)在P.A被放大，通過高頻濾波器和混合電路后發(fā)送。2.2 接收接收的信號(hào)經(jīng)過合成電路的初步濾波通過ALC，強(qiáng)制經(jīng)過AGC過濾后發(fā)送到HFDSP。然后這個(gè)信號(hào)通過A / D數(shù)字化，并發(fā)送到2-6KHz的HF數(shù)字處理器。之后發(fā)送到VFDSP解調(diào)。信號(hào)進(jìn)入DSP處理器，從DSP接收到的信號(hào)電平中，生成AGC期望的電平。建立一個(gè)循環(huán)自動(dòng)增益控制信號(hào)，使用接收到的載波，在數(shù)字處理器中創(chuàng)建軟件方

5、式的PLL（鎖相環(huán)路），最后解調(diào)。數(shù)字化語(yǔ)音，調(diào)制解調(diào)器，信令和FSK解調(diào)，提取出的語(yǔ)音，這些信號(hào)被發(fā)送到語(yǔ)音頻率接口（VFI）。3 系統(tǒng)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(gè)電路和其他外設(shè)ê之間的連接。電話，CO線，6線E&M接口，4線E&M接口，三個(gè)不同的信道且每個(gè)信道都有2RX和2TX的手持收發(fā)調(diào)制解調(diào)器線。所有的語(yǔ)音和電報(bào)的輸入和輸出，分離放大器在電路邊緣使用電位計(jì)。3.2 VFDSP電路此電路由兩個(gè)主要部分組成：基帶DSP和監(jiān)控器，每個(gè)部分在下面的章節(jié)中詳述：圖23.2.1監(jiān)控部分監(jiān)控的一個(gè)重要作用是復(fù)

6、位DSP，當(dāng)有一個(gè)復(fù)位命令時(shí)80C31集成電路將初始化和復(fù)位VFDSP。此外，如果監(jiān)控沒有收到一定的時(shí)間代碼也將復(fù)位DSP。另一個(gè)作用是發(fā)布系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)發(fā)生以下任何錯(cuò)誤：某個(gè)系統(tǒng)供應(yīng)超出，某個(gè)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(fā)送信號(hào)如AGC或PLL環(huán)路不能被鎖定，在這些情況下，LED燈將亮。圖（3）是監(jiān)督部分在VFDSP電路的詳細(xì)框圖。本段的目的是設(shè)置系統(tǒng)的工作結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的能力。配置部分可配置如何搭載語(yǔ)音、電報(bào)和信令進(jìn)行信號(hào)輸出；可配置帶寬和語(yǔ)音電報(bào)濾波器范圍 可選擇輸出信號(hào)功率；可選擇載波信號(hào)功率；可選擇信令功率；可選擇發(fā)送語(yǔ)音和電報(bào)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(hào)放大；可選擇壓縮擴(kuò)；器狀態(tài)為激活或未激活；80C31微控制器讀取所有的系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)在手持系統(tǒng)的LCD或PC的監(jiān)視器顯示)。3.2.2基帶部分在基帶部分中VFDSP電路是一個(gè)TMS320C50的DSP，使用具有40MHz時(shí)鐘和40MIPS的處理速度（周期時(shí)間=25ns的)。采樣模擬話音和電報(bào)信號(hào)時(shí)，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(fā)送部分由AIC將輸入的模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行緩沖區(qū)和數(shù)字化，連續(xù)發(fā)送到DSP。輸入的模擬電報(bào)信號(hào)，也由A

8、IC數(shù)字化和連續(xù)發(fā)送到DSP。輸入的電平信號(hào)在RS232轉(zhuǎn)換為TTL信號(hào)。 圖3 圖43.2.4 基帶的接收部分SSB (2 - 6KHz)根據(jù)使用TMS320C50處理器的配置，HFDSP輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)，信令，話音或電報(bào)信號(hào)，語(yǔ)音和電報(bào)信號(hào)被連續(xù)傳輸?shù)紸IC，然后轉(zhuǎn)換為換模擬信號(hào)由專用集成電路將信息由TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平。該AGC信號(hào)由PWM格式過濾并轉(zhuǎn)換為直流電，然后被發(fā)送到AIC電路。3.2.5 VFDSP部分如何連接監(jiān)控部分監(jiān)控從EEPROM中讀取配置信息，并將此信息發(fā)送到DSP.復(fù)位后VFDSP從監(jiān)控和配置本身讀取配置信息。經(jīng)過一定過程后VFDSP將發(fā)送如S/N，P

9、LL標(biāo)記和AGC鎖等到監(jiān)控。3.3 HFDSP電路高頻工序均由本電路，圖（5）為本電路的詳細(xì)電路圖。3.3.1 接收部分接收到的模擬信號(hào)被放大和采樣。A/D從雙向存儲(chǔ)器的一端寫入，處理器從另一端讀取，這個(gè)信號(hào)乘以FCHR-2的頻率上的載波，然后被傳輸?shù)教幚砥髦械?-6千赫，之后被發(fā)送到在VFDSP電路。3.4 自動(dòng)電平電路此電路把需要的信號(hào)從電力線中其他不需要的信號(hào)中分離出來。圖（6）為本電路的電路圖。T型1dB步進(jìn)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(hào)電平產(chǎn)生結(jié)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(yīng)磁通和小寄

10、生電容。電路中需要高品質(zhì)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(fā)送信號(hào)。圖（7）為功率放大電路。 混合電路的分離器的輸出信號(hào)輸出到功率放大器電路。首先是一個(gè)差分放大器。使用某些過濾器確保放大器工作在40-400KHz頻率?，F(xiàn)在我們將有兩個(gè)輸出且相位差為180。然后過濾這兩個(gè)輸出發(fā)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(dá)到閾值時(shí)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(yù)放大器，可變?cè)鲆?，分配器，功率收集器和功率濾波器組成。它過濾TX信號(hào)衰減無用信號(hào)。此外，此電路放大PLC頻帶以外的阻抗,因此如果有幾

11、個(gè)PLC并聯(lián)，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(jìn)入分離器部分，然后被轉(zhuǎn)換為兩個(gè)相位差180º信號(hào)，NPN晶體管，這兩個(gè)信號(hào)被放大并輸入相關(guān)的PA電路。在該電路中的功率被放大以20W輸出，然后發(fā)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(gè)具有兩個(gè)串聯(lián)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(zhì)的。需要注意到線圈的量是固定的，電容將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的頻率而改變。根據(jù)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(wǎng)絡(luò)的兩端處的電壓可以

12、是1.5KV，因此這個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要高電壓。3.7 混合電路此電路發(fā)送和接收信號(hào)分離，并采用適應(yīng)線路的阻抗。此電路發(fā)送信號(hào)到線路和從線路接受信號(hào)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(duì)稱的和使TX的衰減盡可能小的設(shè)計(jì)，（約0.3分貝）因?yàn)镻LC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?yàn)樗褂肸B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(hù)線路，也使用齊納二極管來保護(hù)RX。分配ZB分配使用電位器，跳線和修剪器。用75， 125和150線調(diào)整阻抗，其他的變壓器也放置在電路

13、中。這個(gè)變壓器可以運(yùn)作在平衡或不平衡的狀態(tài)。 圖9 圖104 結(jié)論通過對(duì)高Q值的線圈和電容的組合使用，發(fā)送和接收過濾器具完全選擇性，并且可以設(shè)置不同的電容器通過基帶。發(fā)送和接收濾波器的實(shí)例分別為圖（10）和（11）。通過群時(shí)延數(shù)字濾波器，系統(tǒng)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，且每個(gè)濾波器在其他頻段的衰減（如語(yǔ)音電報(bào)帶過濾器）將在60dB以上。圖（12）和（13）分別展示了語(yǔ)音和調(diào)制解調(diào)器濾波器響應(yīng)。由于采用數(shù)字技術(shù)，合成的載波保持不變（誤差小于5Hz），且沒有抖動(dòng)噪聲。數(shù)字技術(shù)的使用，也使相鄰信道和顯示頻率急劇衰減，最后系統(tǒng)將在設(shè)置、結(jié)果和電路數(shù)量方面達(dá)到最優(yōu)化。圖11，12，135 參考1 歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN500

14、65下信號(hào)頻率在3kHz到148.5kHz范圍內(nèi)的低壓電器設(shè)備，德國(guó)工程師協(xié)會(huì)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(xué)報(bào)，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(xué)報(bào)，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(xué)報(bào)，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(diào)制，IEEE學(xué)報(bào)，通信類，1985.9，Vol.Comm- 339