TDA5051A的工作原理及其應用

摘要：TDA5051A是飛利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自動化專用電源調制解調芯片，通過組建家庭網絡，用戶可以隨時隨地通過家中的供電線路操控家用電器。文中介紹了TDA5051A的內部組成、管腳功能及工作原理，并給出了其典型應用電路。

關鍵詞：TDA5051A 家庭自動化 家庭網絡

1 引言

隨著科學技術的發(fā)展，人們在成功開發(fā)并應用了工業(yè)自動化和辦公自動化后，又將目前轉移到了與生活信息相關的家庭中，所謂家庭自動化，顧名思義就是指在住宅內將各種家用設備通過網絡聯(lián)在一起，在中心控制計算機的管理和控制下，依照主人的旨意，使各種家電設備相互配合，各負其責，實現(xiàn)家務勞動和家庭管理的高度自動化，為家庭各成員提供盡可能的服務。家庭自動化的對象不僅包括各種電氣廚房設施、音視頻設備，還包括空調、保安系統(tǒng)、火警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及未來的家庭辦公娛樂系統(tǒng)。如何將家用設備組成網絡進行數(shù)據通信是家庭自動化技術研究的一個重要課題。目前國際上也制定了與家庭自動化相關的開放式標準CEBus和一系列規(guī)范，規(guī)范中給出了家庭網絡的不同媒體傳輸技術，若采用傳統(tǒng)的鋪設專門電纜線的方法，則電纜線的安裝和維護費用較高，而且不便于分支、連線；而采用電力線作為通信媒體則不需另外布線，可直接利用已有電力線網絡進行通信，并且線路可以遍布建筑的各個角落，非常便于與其他智能家電設備集成，實現(xiàn)家庭自動化，因此這種技術方法具有無可比擬的優(yōu)點。文中介紹了家庭自動化專用MODEM芯片TDA5051A，它是飛利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自動化專用電源調制解調芯片。該芯片是專為通過電力線或路或任何雙線直流電、交流電線進行數(shù)字信號傳輸而設計的，用于家庭自動化系統(tǒng)中家庭智能控制器與電力線及電力線與家用電器設備之間提供介面連接，使家庭用戶可以隨時隨時通過家中的供電線路控制每一個家用電器。

2 TDA5051A的工作原理

TDA5051A是一個電源專用調制解調器芯片，主要用在ASK調制方式、波特率為600或1200的家庭電力載波網絡中，采用5V單電源供電，符合EN50065-2對免受電磁波干擾影響的嚴格規(guī)定。該芯片采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）結構，具有低功耗、高可靠性以及溫度穩(wěn)定等特性。可直接與微處理器的TTL/CMOS電平引腳相接，芯片內置時鐘電路，時鐘電路的輸出引腳可為微處理器提供計時功能。TDA5051A引腳排列如圖1所示，引腳功能如表1所列。

表1 TDA5051A引腳功能

TDA5051A內部電路原理框圖如圖2所示。由圖中可以看出，其內部電路由ROM存儲器、D/A轉換器、A/D轉換器、邏輯控制器、振蕩器、數(shù)字解調器、數(shù)字帶通濾波器、電源及計數(shù)器等部分組成。

TDA5051A有發(fā)送和接收兩種工作模式，另外為了方便系統(tǒng)調試還專門設計了測試功能。在發(fā)送模式下，數(shù)字信號通過DATAIN引腳輸入到芯片內部，考慮到外部環(huán)境的變化，為獲得更好的穩(wěn)定性，芯片的載波頻率可由微處理器控制，也可由芯片本身的振蕩器產生。由DATA IN引腳輸入的信號經過模擬調制后，再由特定電路進行整形，這樣可以很好的抑制干擾，提高抗干擾能力。最后再將信號由模擬信號發(fā)送端TXout(10腳)直接送出。在接收模式下，模擬信號接收端RXIN（14腳）接收到模擬信號以后，由D/A轉換器換為數(shù)字信號，再經數(shù)字帶通濾器濾波和數(shù)字解調器解調后，先由數(shù)字信號輸出端DATA IN（2腳）輸出。模擬信號接收端RX IN（14腳）內置了一個（-6～+30dB）自動增益放大器，使接收到的模擬信號始終處在數(shù)字解調器的靈敏區(qū)，以提高抗干擾能力，降低誤碼率。

需要注意的是，在發(fā)送模式中，電路的接收部分仍然有效，并且能夠接收和識別傳輸?shù)男盘枴?/P>

3 在組建家庭網絡系統(tǒng)中的應用

采用電力線組建家庭自動化網絡時，網絡的拓撲結構為總線型，系統(tǒng)結構如圖3所示。系統(tǒng)由一個主控單元、220V電力線傳輸通道和若干并接在電力線上的受控單元組成，全部采用單片機為中心處理器。一個主控單元可控制多個受控單元，主控單元負責發(fā)出控制命令，命令中含有地址信息和控制信息，經TDA5051A調制后通過電力線傳輸?shù)礁魇芸貑卧?，受控單元接收到信息后，核對地址，只有當收到的地址與自身的地址相符并校驗無誤后，才按照接收到的命令控制設備工作，并向主控單元回送信息。TDA5051A與單片機的接口電路及TDA5051A與電力線的接口電路如圖5所示。

4 結束語

重點介紹了TDA5051A的工作原理，以及利用TDA5051A如何組建家庭網絡，限于篇幅，未能涉及通信及軟件編程。需要注意的是，利用TDA5051A組建家庭網絡實現(xiàn)數(shù)據通信時，應在同一相線上掛接家電設備，以獲得最好的通信效果。