電力線載波通信的外圍電路設(shè)計(jì)
加入技術(shù)交流群
3 串口接口和電源電路設(shè)計(jì)
由于RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)與一般的LVTTL電路所定義的高、低電平信號(hào)完全不同，LVTTL的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)2～3．3 V電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)0～0．4 V電平，而RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)-5～-15 V電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+5～+15 V電平，兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)使用串口進(jìn)行調(diào)試，串口的信號(hào)電平是5 V，而FPGA輸出電平最高是3．3 V，因此，兩者的信號(hào)需要電平轉(zhuǎn)換，可用一塊MAX232來滿足4路的電平轉(zhuǎn)換。RS232接口電路如圖5所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/153687.htm
在整個(gè)電力載波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，放大驅(qū)動(dòng)、耦合電路和AGC使用了12 V電源，AD7822和MAX232的工作電平是5 V，時(shí)鐘振蕩器的工作電平是3．3 V，所以需設(shè)計(jì)一套多電源供電的方案。如圖6所示，12 V電源直接由變壓器產(chǎn)生，5 V電源用LM1117芯片實(shí)現(xiàn)，3．3 V電源由LM25 76匹配獲得。
4 硬件抗干擾措施
系統(tǒng)的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)其功能的前提。在本系統(tǒng)中，因?yàn)樾枰詈系?20 V的電力線上，因此，元件的布局、布線以及電源、地線的處理都將影響電路性能和電磁兼容性能。
結(jié)合實(shí)際遇到的干擾情況，本系統(tǒng)的硬件抗干擾措施主要集中在如何提高PCB板的抗干擾性能上。主要采取了以下幾種抗干擾手段：
(1)抑制干擾源。1)在布板時(shí)讓電容、電感的引線盡量短。2)電路板上各個(gè)IC都并接了一個(gè)0．01～0．1μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響，并且高頻電容的布線、連線靠近電源端并盡量粗短，以免增大電容的等效串聯(lián)電阻，影響濾波效果。3)布線時(shí)都采用45°折角，盡量減少90°折線，以減少高頻噪聲發(fā)射。
(2)切斷干擾傳播路徑。1)充分考慮到電源對(duì)系統(tǒng)的影響，采用紋波系數(shù)小的電源管理芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，并給FPGA芯片電源加了濾波電路以減小電源噪聲。2)布線時(shí)使晶振與FPGA芯片引腳盡量靠近，用地線隔離時(shí)鐘區(qū)，將晶振外殼接地。3)大功率器件都布線于電路板邊緣，盡量減小它對(duì)其他電路的影響。4)在PCB板子上下兩面進(jìn)行大面積鋪銅并接地，以屏蔽電磁干擾。
(3)提高器件抗干擾能力的處理。1)布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。2)加粗電源線和地線的布線以減小壓降、降低耦合噪聲。3)IC和FPGA芯片閑置的I／O口，都予以接地或接電源。4)IC器件多采用貼片，而不是采用分布電容較大的DIP封裝。
此外，在PCB內(nèi)部處理數(shù)模共地的問題時(shí)，將板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地隔離，只是在PCB與外界連接的接口處，數(shù)字地與模擬地使用一個(gè)0 Ω電阻短接。
5 整機(jī)功能測(cè)試結(jié)果分析
最后把外圍電路和調(diào)制解調(diào)芯片組合起來進(jìn)行整機(jī)功能測(cè)試：(1)不帶電導(dǎo)線測(cè)試。接收端能準(zhǔn)確接收到發(fā)送信號(hào)，并將發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確顯示出來，接收端和發(fā)送端具有基本的通信功能，設(shè)計(jì)方案在整機(jī)實(shí)現(xiàn)上可行。(2)雙機(jī)低壓變壓器小區(qū)內(nèi)測(cè)試。在短距測(cè)試時(shí)，一開始不能正常接收，于是更改了門限值，反復(fù)測(cè)試后可達(dá)到正確接收。
在雙機(jī)小區(qū)內(nèi)測(cè)試時(shí)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)距離較大時(shí)，偶爾會(huì)有誤碼。這是由于隨著距離的拉長，引入了更多的干擾，必然有多經(jīng)現(xiàn)象發(fā)生，因此信號(hào)能量有所損失；同時(shí)接入點(diǎn)有較大的阻抗，對(duì)信號(hào)也會(huì)有衰減，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在晚上，因用電設(shè)備減少，負(fù)載減輕，干擾減小，通信效果會(huì)比白天好。當(dāng)加入CRC糾錯(cuò)冗余編碼后，可以有效的消除誤碼率，實(shí)現(xiàn)正確接收。由于PN碼不長，捕獲時(shí)間一般較短，在一個(gè)PN碼周期內(nèi)便可實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)過測(cè)試，在信噪比為-20 dB時(shí)，系統(tǒng)可正常搜索跟蹤，擴(kuò)頻環(huán)節(jié)的接收誤碼率約達(dá)10-5左右，工作狀態(tài)穩(wěn)定，有效提高了在變參信道上的傳輸可靠性。同時(shí)經(jīng)測(cè)試，該外圍電路也適用于窄帶調(diào)頻方式和其他寬帶擴(kuò)頻通信方式。在該領(lǐng)域使用，接收誤碼率均在允許范圍內(nèi)。
6 結(jié)束語
該系統(tǒng)貼近實(shí)際電力載波通信特點(diǎn)，力求在滿足要求的基礎(chǔ)上最簡化原理設(shè)計(jì)，使之實(shí)用。每個(gè)子系統(tǒng)都參考了相關(guān)的方案，精心挑選、可行性論證、改進(jìn)、設(shè)計(jì)。其研究成果對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理理論及數(shù)字通信理論的發(fā)展有著一定的意義，同時(shí)還可以應(yīng)用于無線通信、有線通信等領(lǐng)域。
評(píng)論