DSP56F80x在電源線調(diào)制解調(diào)器中的應(yīng)用

通過電源線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信可避免在已經(jīng)裝修好的建筑中重新架設(shè)線路，從而大幅度地節(jié)約時間和經(jīng)費，具有很大的應(yīng)用潛力。電源線調(diào)制解調(diào)器即是這種通過電源線或主干線來傳輸或接收數(shù)據(jù)的設(shè)備。目前，這種設(shè)備越來越多地被應(yīng)用于家用電器之間的通信，也是智能廚房不可缺少的組成部分。實現(xiàn)這種通信功能，家用電器設(shè)備需要一種雙工方式的電源線調(diào)制解調(diào)器，能夠以10Kbit/s的速率傳送和接收數(shù)據(jù)。

圖1所示為一個電源線調(diào)制解調(diào)器原理框圖,輸入信號被耦合到調(diào)制解調(diào)器接收部分，并進行數(shù)據(jù)解碼，并通過一個接口傳遞給應(yīng)用程序。該應(yīng)用軟件將數(shù)據(jù)信號返回到調(diào)制解調(diào)器，并在那里編碼調(diào)制，然后，發(fā)射器產(chǎn)生一個放大信號, 耦合進入電源線。

以往實現(xiàn)這種功能時，電源線調(diào)制解調(diào)器既需要一微控制器進行一般控制，又需要專門ASIC電路對信號進行調(diào)制/解調(diào)和發(fā)送/接收。例如，用Powernet EIB在歐洲安裝總線(European Installation Bus）中進行電源線通信時， 所使用的是源自ES2的 MC68HC05 和ASIC，數(shù)據(jù)速度為1200bit/s。但是現(xiàn)在，電源線調(diào)制解調(diào)器中無論是微型控制器還是ASIC都可被數(shù)據(jù)信號處理器(DSP)所代替。

電源線通信方面所需考慮的因素有：

信號易于在電源線耦合輸入、輸出；

通過電源線高效傳輸，通信和電源信號頻率間的持續(xù)分離；

抗干擾噪音；

電磁干擾(EMI)和電磁兼容性 (EMC) 。

遺憾的是，美洲、歐洲和亞洲等不同地區(qū)的電源線通信規(guī)則存在很大差別，到目前為止這些地區(qū)還沒有一個共同的標(biāo)準(zhǔn)可循。例如，歐洲電源線通信的頻帶為3～148.5kHz。95～148.5kHz的頻率范圍對125～140kHz的家用互連應(yīng)用的調(diào)制頻帶開放，即載波感應(yīng)多重存取(CMSA）。

用于電源線通信的調(diào)制頻帶必須在最大程度抗干擾噪音信號的同時，滿足所需的數(shù)據(jù)傳輸速率要求。在任何電源線中，噪音干擾源都具有其獨立的特性：主頻多樣化，例如50Hz,100Hz,150Hz等頻率；頻閃或開關(guān)都能產(chǎn)生瞬時高壓；PFCs、馬達和倒相器等能夠產(chǎn)生高頻噪音。

每個調(diào)制帶都具有優(yōu)勢和不足，通常采用的調(diào)制配置包括二相相移鍵控(BPSK），頻移鍵控（FSK），和一些擴展頻譜技術(shù)。

在所有的應(yīng)用中，調(diào)制配置應(yīng)該支持終端設(shè)置組網(wǎng)和獨立接入，物理接口應(yīng)提供從輸送端到電源線以及從電源線到接收端的信號耦合。

高通耦合變壓器是一個可靠的解決辦法，它可以為電源線提供必要的電流隔離。在單相操作中，這個耦合變壓器應(yīng)并聯(lián)在220V供電線中的相線和零線之間，而在三相電壓中則應(yīng)并聯(lián)在任意兩相線之間。串聯(lián)耦合變壓器是不可取的，因為這樣會在變壓器中產(chǎn)生大電流，導(dǎo)致變壓器鐵芯磁飽和。圖2為常用耦合器基本示意圖。

電阻R，電容C以及變壓器變比率取決于具體數(shù)據(jù)速率、信號功率和頻率。在95～148.5kHz的頻率范圍內(nèi),耦合信號電壓能夠達到116dBmV，相當(dāng)于631mV。

摩托羅拉公司的DSP56F80x為電源線調(diào)制解調(diào)器提供了出色的解決方案。DSP56F80x小的形狀因數(shù)、內(nèi)置時鐘發(fā)生器和微控制功能使這種器件非常適合于諸如電燈、閥門和開關(guān)等獨立小型應(yīng)用。12位的ADC有足夠的信息信號探測分辨率，15位PWM能夠進行清晰的信號傳送 。 片上閃存和強大的計算能力可對由集成SCI傳送到應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)進行編碼和解碼，而且把信號傳送到耦合變壓器只需很小的功耗。

如圖3所示，通過使用DSP56F80x，可將電源線調(diào)制解調(diào)器添加于具體應(yīng)用。這種電源線調(diào)制解調(diào)器的算法和電機驅(qū)動之間的優(yōu)化組合和交互作用，可以避免電機功率對電源線通信的影響。

通過特殊的參考設(shè)計可以展示將DSP56F80x加入到電源線調(diào)制解調(diào)器所帶來的優(yōu)越性。在參考設(shè)計成功證實功能可行性后，電源線通信軟件可和嵌入式SDK集成在一起。

摩托羅拉公司的DSP除了具有上述應(yīng)用外，也適合于智能家用電器如聲控家電，數(shù)字電話應(yīng)答、數(shù)字相機、電動鋤草機等設(shè)備，此外還可應(yīng)用于家庭安全、燃料管理、引擎管理、伺服驅(qū)動、聲音識別、電信測試、IP電話、因特網(wǎng)和自動控制等領(lǐng)域。■（林）