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電力線MODEM芯片ST7536
摘要:歐洲ST公司的ST7536是一個半雙工、同步FSK調制解調器芯片。它專為低壓電力線傳輸而設計,較好地克服了低壓電力線載波傳輸中的技術問題。本文詳細介紹ST7536的原理及具體應用示例。關鍵詞:低壓電力線 MODEM ST7536 電力線接口
隨著國家電力公司“一戶一表、抄表到戶”用電管理模式的推廣和普及,利用220V低壓電力線傳輸信息的載波集抄系統(tǒng)產(chǎn)品應運而生。這樣電力載波技術成為抄表系統(tǒng)的關鍵。當前國內主要應用的是FSK電力線載波調制技術。
低壓電力線是為傳輸50Hz的工頻電能而鋪設的。由于不是為通信鋪設的,故其特性往往較難直接滿足載波通信的要求。這直接體現(xiàn)在兩方面:第一、電力網(wǎng)絡的阻抗特性及其衰減,制約了信號的傳輸距離;第二、低壓電力線上的噪音干擾,制約了信號的傳輸質量。
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由于在低壓電力線上存在諸多使載波信號的信噪比急劇下降的因素,使得載波信號難以在一個供電區(qū)域內較好地傳輸,這樣就須選取合適的低壓電力線MODEM。在應用中,我們選擇了歐洲ST公司的電力載波調制解調器芯片ST7536。
一、ST7536芯片介紹
ST7536是一種半雙工、同步的FSK MODEM。它專為低壓電力線網(wǎng)絡通信而設計。用ST7536構造一個完整的通信系統(tǒng),還必須包括1個微控制器(單片機)和1個電力線接口,如圖1所示。這樣的系統(tǒng)能夠在4個不同的信道上以2種不同的數(shù)據(jù)傳輸率(600和1200bps)進行發(fā)送和接收。
ST7536是單芯片MODEM,有28個引腳;它是半雙工的,有發(fā)送和接收兩種工作模式;它又是同步的,因為數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收與時鐘信號有關。時鐘信號由ST7536內部產(chǎn)生。ST7536芯片還需要一些外部元件來完成所有操作:1個晶振,4個電阻和5個電容。
1.ST7536芯片引腳
ST7536芯片引腳如圖2所示。
2.ST7536芯片引腳說明
ST7536芯片引腳說明如表1所列。
表1
從功能上看,這28個引腳可大致分為如下11類。
。1)電源供應輸入:DGND、DVDD,DVSS,AVSS,AGND,AVDD。 ST7536內部有數(shù)字和模擬兩個獨立的電源供應;而外部的電源供應是應該接在一起的。
。2)信道和波特率的選擇:CHS、BRS。 ST7536提供600和1200baud兩種波特率,通過BRS選擇;對每種波特率,ST7536提供兩個信道,通過CHS來選擇。具體情況如表2所列。
表2
(3) 振蕩器輸入、輸出:XTAL1、XTAL2。
ST7536的內部振蕩器需要1個外部11?0592MHz的晶振和2個電容。也可以直接往振蕩器輸入時鐘信號,這種情況下晶振和電容都不必要了。
。4)自動頻率控制的穩(wěn)定:AFCF。
自動頻率控制部分調節(jié)發(fā)送/接收頻段濾波器的中心頻率。這部分功能的穩(wěn)定性由外接的電阻電容網(wǎng)絡電路來保證。
。5)自動等級控制輸入:ALCI。
自動等級控制處理發(fā)送信號的最后輸出。它使得功率放大器的輸出電壓不受電力線網(wǎng)絡變化的影響。一般電力線網(wǎng)絡的電阻在5~100Ω。如果電力線電阻改變了,則放大器的輸出也相應改變。自動等級控制輸入可以糾正這些輸出變化。為了控制電力線接口的輸出,需要一個反饋信號,這個信號通過一個放大器來傳送。自動等級控制可以以32步,每步0.84dB來減小最大的發(fā)送輸出值。探測自動等級控制輸入的峰值,和兩個參考電壓相比較,進行相應處理。這樣保證輸入的放大器反饋信號的峰值電壓在兩個參考電壓之間。
。6) 數(shù)據(jù)輸入和輸出:RxD、CLR/T、RxDEM、TxD。
ST7536是同步的調制解調器,數(shù)據(jù)輸入和輸出都和時鐘(CLR/T)有關。發(fā)送模式下,ST7536自己產(chǎn)生時鐘信號,發(fā)送的數(shù)據(jù)在CLR/T的上升沿被采樣,所以這時TxD有效。接收模式下,解調后的數(shù)據(jù)在引腳RxDEM上有效,時鐘恢復電路從解調后的數(shù)據(jù)中取得時鐘信號,在CLR/T上升沿發(fā)送同步數(shù)據(jù)(RxD)。
。7)測試輸入:TEST1、TEST2、TEST3、TEST4。
TEST2、TEST3、TEST4通常不用,被置成0V;TEST1可用來取消發(fā)送到接收模式的自動切換。
。8)中間頻率濾波器輸出和FSK解調輸入:IFO、DEMI。 這兩個引腳之間通過1個電容來連接。
(9)接收輸入和發(fā)送輸出:RAI、ATO。
RAI是ST7536的接收模擬輸入。它和電力線接口的接收輸出相連,最大輸入電壓的均方根值是2V。接收靈敏度的均方根值在信道1和信道2(600 baud)上是2mV;在信道3和信道4(1200 baud)上是3mV。 ATO是ST7536的發(fā)送輸出,它和電力線接口的發(fā)送輸入相連。模擬發(fā)送輸出由自動等級控制輸入電路來調整。最大輸出電壓的峰-峰值是3.5V,二次諧波失真大約為-53 dB。
。10)接收/發(fā)送控制輸入:Rx/x。
ST7536是半雙工的調制解調器,所以有發(fā)送和接收兩種操作模式。模式選擇取決于Rx/x輸入。如果這個輸入為“0”,超過3s,ST7536自動切換回接收模式。為了解決這個問題,可以使用TEST1輸入。只要把TEST1輸入置為“1”,就可以禁止模式的自動切換。
。11)重啟輸入:RESET。
3.ST7536芯片功能結構圖
ST7536芯片功能結構圖如圖3所示。
4.ST7536芯片工作流程說明
發(fā)送模式:TxD在時鐘(CLR/T)的上升沿被采樣,然后數(shù)據(jù)進入FSK調制器。調制器在由時基和控制邏輯所設置的頻率上工作。通常情況下,多路開關(MUX)選擇FSK調制器信號送到發(fā)送濾波器。發(fā)送濾波器是可切換的電容頻段濾波器。時基和控制邏輯使用自動頻率控制(AFC)在發(fā)送頻率上設置這個濾波器,它也和所選擇的信道相關。濾波后,待發(fā)送信號進入一個自動等級控制(ALC)。這個控制用來克服電力線阻抗變動問題。因為電力線本身特性就有頻繁而且不可預測的變動。自動等級控制利用來自電力線接口的一個反饋信號(ALCI)來調節(jié)最終的發(fā)送輸出信號(ATO)。
接收模式:信號進入芯片接收模擬輸入引腳(RAI)。接收信號在接收頻段濾波器中進行濾波。接收濾波器和發(fā)送濾波器類似,也是一個可切換的電容濾波器。自動頻率控制用來設置合適的頻率。信號被放大,接著被轉換,再由頻段濾波器進行濾波。這樣處理后的信號被送到FSK解調器。頻段濾波器輸出(IFO)和FSK解調輸入(DEMI)通過一個外部電容來連接,這個電容能夠去掉最后的偏移電壓。時鐘恢復電路從FSK解調器的解調輸出(RxDEM)中得到接收時鐘(CLR/T)。同步接收到的數(shù)據(jù)(RxD)在時鐘的上升沿被有效發(fā)送出去。
時基部分發(fā)送所有內部時鐘信號,這些信號來自11.0592MHz的晶振。振蕩器連接XTAL1和XTAL2兩個引腳。也可以直接在XTAL1引腳上提供時鐘信號來取代使用上面的晶振。
為了調試芯片,測試外部電路,ST7536提供了幾個測試選項。用發(fā)送頻段濾波器上的一個直接輸入就可以觀察發(fā)送頻段濾波器的工作情況。如果TEST4=1,那么多路開關就選擇這個發(fā)送濾波器輸入(TxFI)。接收頻段濾波器在25引腳輸出。最后,TEST1=1時可以觀察到時鐘恢復的情況,這時TEST3輸入直接作為時鐘恢復模塊的輸入。
二、ST7536的外圍電路——電力線接口
電力線接口(PLI)連接著ST7536芯片和低壓電力線。圖4是根據(jù)ENEL規(guī)范設計的一種電力線接口電路。
在發(fā)送模式下,電力線接口把來自ST7536芯片ATO的發(fā)送信號進行放大和濾波。緩沖區(qū)的作用是保護ST7536,并且驅動電力線接口中的下一個部件。低通濾波器(LPF)的作用是抑制諧波。濾波后的信號被送入功率放大器,這個功率放大器通過轉換器來驅動阻抗為1~100Ω的電力線。此外,放大器也進行頻段濾波,來抑制發(fā)送信號的二次諧波。
在接收模式下,轉換器從電力線上取得信號,在預放大器中進行放大,再送給ST7536的接收輸入引腳RAI。這種模式下,為了避免功率放大器的低輸出阻抗所造成接收信號的衰減,關閉緩沖器和功率放大器。
三、ST7536芯片的一個應用
以上詳細介紹了ST7536芯片。下面簡單介紹這個芯片的一個應用實例,給出ST7536和單片機及電力線接口簡單結構圖,如圖5所示。
結束語
本文詳細介紹了低壓電力載波MODEM ST7536芯片的結構、原理及具體應用。在整個系統(tǒng)的運行中,ST7536工作高效而穩(wěn)定,較好地解決了利用低壓電力線載波傳輸中的技術問題。這對于邊遠地區(qū)利用電力線上INTERNET也有參考價值。
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