HCPL-8100/0810電力線驅(qū)動器在窄帶通信中的應(yīng)用(圖)

---采用交流市電作為傳輸媒介的窄帶通信系統(tǒng)對當(dāng)前的寬帶通信技術(shù)是一個有效補(bǔ)充。傳送視頻影像、高保真音樂和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等要求使用寬帶網(wǎng)絡(luò)，而窄帶電力線網(wǎng)絡(luò)則適合家庭和工業(yè)領(lǐng)域中的簡單應(yīng)用。家庭領(lǐng)域中的應(yīng)用包括自動抄表、照明控制、采暖、通風(fēng)和空調(diào)(hvac)控制、設(shè)備和警報系統(tǒng)遙控。在工業(yè)環(huán)境中，其應(yīng)用主要是遠(yuǎn)程控制、從傳感器中檢索數(shù)據(jù)及路燈管理。

---盡管各種形式的電力線承載的通信系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年，但家庭和商業(yè)市場的發(fā)展速度一直沒有達(dá)到預(yù)期水平，造成這種情況的原因包括國際規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展慢、電力網(wǎng)絡(luò)本身具有技術(shù)限制和成本/經(jīng)濟(jì)考慮因素。
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為成功實現(xiàn)電力線通信這樣的開放式通信系統(tǒng)，必需制定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，以保證每個節(jié)點都不會損壞整個網(wǎng)絡(luò)的功能和性能，而不管其采用何種應(yīng)用或來自哪家制造商。幸運的是，形勢已經(jīng)改觀。在2001年，cenelec(歐洲電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會)出版和更新了與低壓電力網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)的en50065系列法規(guī)，特別是en50065-1涵蓋了與頻段和干擾限制有關(guān)的重要要求，en50065-2-1概括了抗噪聲能力要求，en50065-4-2概括了低壓解耦濾波器和安全要求，en50065-7則描述了設(shè)備的阻抗特點。x10、konnex 1.0和ehs(歐洲家庭系統(tǒng))等專用協(xié)議也已經(jīng)發(fā)展，但它們代表著某些設(shè)備的專用標(biāo)準(zhǔn)，對其他制造商沒有約束力。
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低阻抗與高電噪聲是普通的家庭配電網(wǎng)絡(luò)中的難題，它要求保證通信網(wǎng)絡(luò)的每個器件(從耦合接口到使用的電力線收發(fā)機(jī)類型)相匹配，在任何條件下實現(xiàn)可靠通信。圖1顯示了與配電網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的噪聲問題。在電噪聲高的情況下，收到的信號信噪比明顯下降。
---電力線網(wǎng)絡(luò)的成本不僅僅是元器件和制造成本，還包括安裝和配置成本，另外還有與通信節(jié)點耗電量有關(guān)的運營成本。每個通信節(jié)點的功耗必須盡可能低，因為這些節(jié)點一直開著，隨時準(zhǔn)備從遠(yuǎn)程發(fā)射機(jī)接收命令。
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安捷倫hcpl-8100/0810高電流線路驅(qū)動器功耗低、簡單，并符合cenelec國際協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，使電力線通信網(wǎng)絡(luò)變得更加高效可靠。安捷倫還提供hcpl-800j daa(數(shù)據(jù)存取裝置)芯片，為電力線調(diào)制解調(diào)器模擬前端(afe)提供了替代方案。

采用電力線作為通信媒介
---電力線傳輸媒介由與電力線相連的所有設(shè)備組成，包括家居配線電纜、家電布線、家電本身、操作面板和把操作面板連接到變壓器上的接入電纜(火線、零線和地線)及變壓器本身。由于變壓器通常為一個以上的家庭服務(wù)，還必須考慮連接同一個變壓器的所有家庭的負(fù)荷和布線。

電力線阻抗
 ---電力線阻抗受到多個因素影響，變化很大。研究數(shù)據(jù)表明，家庭交流市電的阻抗隨著頻率提高而提高，在100khz時最低可以在1.5～8ω之間。emi濾波器(除正常負(fù)荷外)似乎對阻抗的影響最大，這些emi濾波器由安全電容器和扼流圈組成，廣泛用于家用設(shè)備中，如電腦、冰箱、洗衣機(jī)、電視和音響。對這些負(fù)荷，在150khz時預(yù)計信號衰減將高達(dá)50db，具體數(shù)值取決于所使用的變壓器和負(fù)荷大小。

---電力線載波系統(tǒng)在信號電壓/功率電平一定時的發(fā)送范圍取決于配線網(wǎng)絡(luò)的物理配置。對連接到同一個分支電路上的通信節(jié)點，典型的插入損耗約為5～15db。如果發(fā)送機(jī)和接收機(jī)位于不同的電路分支中，如使用配線架分開，那么會有大約10～20db的進(jìn)一步衰減。在最壞情況條件下，發(fā)送信號的總衰減可以高達(dá)85db。

en50065規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)接受兩種仿真市電網(wǎng)絡(luò)，其符合cispr 16-1:1993第11.2款測量標(biāo)準(zhǔn)。但是，在實際電力線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的測量結(jié)果表明，這些仿真網(wǎng)絡(luò)沒有精確地表示實際電力線網(wǎng)絡(luò)中的阻抗。為更好地評估實際信令系統(tǒng)的性能，必須與cispr 16-1仿真網(wǎng)絡(luò)一起使用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

電力線噪聲
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連接到電力線承載系統(tǒng)的變壓器二級裝置上的設(shè)備會生成不同程度的線路噪聲。噪聲源包括燈光亮度調(diào)節(jié)器中使用的三端雙向可控硅開關(guān)元件、馬達(dá)、開關(guān)電源和熒光燈。三端雙向可控硅開關(guān)生成的噪聲與50hz的市電同步，表現(xiàn)為50hz的諧波。來自交流馬達(dá)的噪聲一般是異步的，不像三端雙向可控硅開關(guān)生成的噪聲那么強(qiáng)。
---自20世紀(jì)70年代開始，在電力線中廣泛引入了兩種新的噪聲源：熒光燈電子鎮(zhèn)流器和開關(guān)電源。在許多情況下，它們都有自己的工作頻率，或產(chǎn)生3～148.5khz的諧波，在電力線通信頻段范圍內(nèi)會導(dǎo)致雜散信號的產(chǎn)生。

采用hcpl-8100/0810及通信調(diào)制解調(diào)器

 ---安捷倫hcpl-8100/0810是一種高電流線路驅(qū)動器，適用于在低壓(120/240vac)和中壓(2kv)接入市電上實現(xiàn)電力線通信，其主要功能是為電力線收發(fā)機(jī)提供足夠的驅(qū)動能力。除線路驅(qū)動器功能外，hcpl-8100/0810具有許多內(nèi)置功能，如電壓不足檢測、負(fù)荷檢測、溫度過高檢測和狀態(tài)輸出。圖2是hcpl-8100/0810簡化的方框圖。
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hcpl-8100/0810可以用來把發(fā)送的信號從電力線調(diào)制解調(diào)器(plm)收發(fā)機(jī)直接耦合到電力線中，而不需通過信號變壓器或光學(xué)隔離器，圖3說明了怎樣實現(xiàn)非隔離信號耦合。
---hcpl-8100/0810可以在3.5vpp時為9～450khz的信號頻率提供高達(dá)1app的電流。耦合使用簡單的lc網(wǎng)絡(luò)完成，lc網(wǎng)絡(luò)濾掉市電頻率(50hz和諧波)，為來自收發(fā)機(jī)的載波信號提供調(diào)諧的傳輸頻帶。
---通過采用發(fā)送濾波器獲得正弦曲線載波輸入，設(shè)備的線路驅(qū)動輸出可以實現(xiàn)en50065國際規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)要求的非常低的諧波失真(對第二個諧波及更高的諧波，應(yīng)好于-60dbμvrms)電力線信號。
---hcpl-8100/0810還可以與隔離信號耦合接口一起使用。盡管hcpl-8100/0810線路驅(qū)動器在全負(fù)荷時3.5vpp的線路驅(qū)動器輸出電壓對大多數(shù)電力線通信已經(jīng)足夠了，但某些應(yīng)用如自動抄表(amr)要求更高的載波信號電壓。en50065-1規(guī)范的class-122允許對95～148.5khz之間的載頻，在電力線市電上實現(xiàn)高達(dá)7vpp的信號電壓。
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圖4所示的耦合接口把電力線收發(fā)機(jī)的差分輸出通過雙hcpl-8100/0810線路驅(qū)動器和信號變壓器連接到交流市電上，帶有通過信號變壓器的單端輸出，為發(fā)送的信號提供高效的7vpp驅(qū)動電路，為低頻交流市電電壓(240vac、50hz或120vac、60hz)、噪聲和噪聲突發(fā)和浪涌提供可靠的濾波系統(tǒng)。由于能夠降低發(fā)送信號的偶次諧波，推薦使用這種差分解決方案。
---對只提供單端發(fā)射機(jī)輸出的收發(fā)機(jī)，建議采用圖5中的電路。該電路提供了一種簡單的方法，可以使驅(qū)動電壓翻一番(提高6db)，而不會通過串聯(lián)兩個線路驅(qū)動器而損害電流驅(qū)動能力。對低于70khz的載頻，cenelec規(guī)范中允許超過7vpp的電力線信號電壓。通過提高信號變壓器t1的線圈比率，可以實現(xiàn)這種信號電平。
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假設(shè)最大輸入信號是1.75vpp，第一個線路驅(qū)動器(u1)的增益設(shè)為3。vout1將是3.5vpp，由于hcpl-8100/0810的反轉(zhuǎn)效應(yīng)，u2的vout2輸出也是3.5vpp，但相位與vout1相差180