如何設(shè)計(jì)可靠的電力線通信

圖4：多個(gè)PLC節(jié)點(diǎn)共享同一條電力線

CENELEC委員會(huì)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA)方法確保了多個(gè)節(jié)電可以在同一條電力線共存并有效的共享訪問(wèn)。

接收機(jī)(Rx)靈敏度

根據(jù)電力線的特點(diǎn)、負(fù)載、和通過(guò)電力線的分段長(zhǎng)度，信號(hào)在接收機(jī)接收之前會(huì)明顯減弱。有較高接收靈敏度的接收機(jī) (也就是說(shuō)，它可以可靠地接收到非常低強(qiáng)度的信號(hào))可以從線上收到較低強(qiáng)度的信號(hào)，從而可以增加有效的通訊距離。然而，高靈敏度并不總是好的。例如，一個(gè)高靈敏度的接收機(jī)，不僅能檢測(cè)到小信號(hào)，它也能檢測(cè)到通道中的小噪聲。因此，重要的是，需要有一個(gè)機(jī)制可以有效的防止接收機(jī)把噪聲混淆為實(shí)際信號(hào)。自適應(yīng)增益控制(AGC)就是可以達(dá)到這個(gè)目的一種機(jī)制。就象之前討論的，使用自適應(yīng)增益控制，接收機(jī)可以在噪聲平面動(dòng)態(tài)調(diào)整靈敏度，這樣它就可以更好的區(qū)分噪聲和數(shù)據(jù)。

多個(gè)相位

大多數(shù)的建筑物有50Hz / 60 Hz變壓器產(chǎn)生的多個(gè)相位。因?yàn)榇蠖鄶?shù)PLC信號(hào)工作在較高的頻率，所以有一種可能，就是信號(hào)會(huì)被變壓器過(guò)濾掉，因而無(wú)法傳輸?shù)较噜彽南辔?。相鄰相位很可能就在同一幢房子里。這就產(chǎn)生了一個(gè)潛在的問(wèn)題，PLC信號(hào)不能到達(dá)房子或建筑物的所有相位。這是完全依賴于變壓器的設(shè)計(jì)。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是，把PLC信號(hào)從一個(gè)相位耦合到到另一個(gè)。有兩種大家都了解的技術(shù)可以做到這一點(diǎn):

1)電容式相耦合:這種技術(shù)需要在變壓器端連接一個(gè)電容穿過(guò)相位， PLC信號(hào)可以通過(guò)。在這里，變壓器的物理訪問(wèn)是必需的，在許多情況下這種方法可能不可行或性價(jià)比高。

2):無(wú)線相耦合：在這種技術(shù)中，PLC數(shù)據(jù)從一個(gè)相位傳輸?shù)搅硪粋€(gè)時(shí)使用了兩種射頻設(shè)備—每個(gè)相位連接一個(gè)。這兩個(gè)設(shè)備可以連接到相位的任何插座，只要他們都在彼此的范圍。實(shí)施這一技術(shù)不需要用到變壓器的物理存取。

無(wú)線耦合不會(huì)打擾到變壓器，因此在大多數(shù)情況下它比電容耦合更受歡迎。一些電力線通信設(shè)備出廠時(shí)就有無(wú)線耦合可供選擇，而另一些設(shè)備沒(méi)有無(wú)線耦合選項(xiàng)，需要設(shè)計(jì)者自己開(kāi)發(fā)一種相位耦合方式。

系統(tǒng)成本

電力線通信中可靠性是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素，同時(shí)，為了在市場(chǎng)上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，它也必須減少系統(tǒng)成本。當(dāng)把電力線通信添加到系統(tǒng)時(shí)，一些設(shè)計(jì)者總是積極洽談芯片的價(jià)格，而忽略增加電力線通信功能到他們系統(tǒng)的整體成本。需要保證的是，要更加全面地看待電力線通信給系統(tǒng)增加的成本。

電力線通信成本可以廣泛地分為材料(BOM)成本和開(kāi)發(fā)成本，見(jiàn)圖5。BOM成本包括所有組成系統(tǒng)的IC和元件的成本，包括PLC和其他系統(tǒng)相關(guān)功能。另一方面，開(kāi)發(fā)成本包括其他資源的成本，包括:

?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)施

?制板和PCB設(shè)計(jì)

?FCC認(rèn)證，CENELEC ，UL標(biāo)準(zhǔn) 。

圖5:實(shí)施電力線通信解決方案涉及的費(fèi)用

開(kāi)發(fā)人員可以把盡可能多的這些費(fèi)用項(xiàng)目通過(guò)整合，放到最少的器件中，從而降低系統(tǒng)成本。例如，同一顆IC既支持調(diào)制解調(diào)器又支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就會(huì)比使用分立IC的成本低(也就是說(shuō)，一顆用于調(diào)制解調(diào)器，另一顆用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)。集成其他的系統(tǒng)功能（比如能源測(cè)量、LCD驅(qū)動(dòng)、溫度感應(yīng)、負(fù)載控制）也會(huì)降低系統(tǒng)成本，同時(shí)也可降低整合與開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性(圖6)。許多PLC控制器也可以提供FCC、CENELEC和UL標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證了的參考設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步加速開(kāi)發(fā)進(jìn)度?？偟膩?lái)說(shuō)， PLC方案越完整，開(kāi)發(fā)所用的時(shí)間和成本就會(huì)越少。

圖6:集成了物理層調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、應(yīng)用層的PLC器件(Cypress CY8CPLC20)