基于PL3105的低壓電力線載波通信硬件設(shè)計(jì)

摘    要：本文介紹了PL3105載波通信功能的應(yīng)用接口，分析了基于該芯片的低壓電力線載波通信應(yīng)用的硬件電路設(shè)計(jì)原理，并給出了相應(yīng)的電路圖和各節(jié)點(diǎn)的實(shí)測(cè)波形。
關(guān)鍵詞：PL3105；低壓電力線；載波通信
引言
目前，擴(kuò)頻通信技術(shù)已經(jīng)在低壓電力線通信上得到廣泛應(yīng)用，并已取得了很大的進(jìn)展。PL3105即為內(nèi)嵌直接序列擴(kuò)頻通信方式的一種芯片，同時(shí)內(nèi)部集成了高速微處理器，適宜在智能儀表的設(shè)計(jì)中選用。

PL3105簡(jiǎn)介
PL3105采用直接序列擴(kuò)頻的載波通信方式，是一種幀同步方式的串行移位通信芯片，其速率為500bps/250bps可選，默認(rèn)為500bps，載波的中心頻率為120KHz。由于PL3105的CPU和載波模塊內(nèi)嵌，所以載波通信控制可以通過(guò)配置片內(nèi)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
PL3105芯片的載波功能使能后，即可進(jìn)行載波通信。載波通信工作于半雙工模式，收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)需要進(jìn)行控制，當(dāng)載波收發(fā)控制位PLM_RS(D8H.0)=1，載波處于發(fā)送狀態(tài)，該位設(shè)置為0時(shí)，載波處于接收狀態(tài)。
載波通信要求必須使用9.6MHz晶體。發(fā)射時(shí)載波電路對(duì)晶振信號(hào)進(jìn)行分頻后，每隔2ms(對(duì)應(yīng)500bps)產(chǎn)生一次載波同步信號(hào)HEAD，內(nèi)嵌CPU從INT2檢測(cè)到下降沿中斷后，將待發(fā)送數(shù)據(jù)位送到數(shù)據(jù)引腳P3.7，內(nèi)部硬件完成數(shù)據(jù)的擴(kuò)頻調(diào)制后從P1.7送出。

載波信號(hào)功率放大及
接收電路設(shè)計(jì)
電力線載波通信所需的直接序列擴(kuò)頻調(diào)制電路已在PL3105芯片內(nèi)集成，外圍的配置電路主要包括功率放大電路、濾波整形電路、諧振電路及二次濾波電路。功率放大電路、載波耦合電路及接收電路可如圖1所示進(jìn)行設(shè)計(jì)。
功率放大電路是用來(lái)將PL3105芯片產(chǎn)生的載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大后耦合到電力線上。載波功能被使能后，載波信號(hào)由P17輸出，波形為0~5V的方波，包含豐富的諧波；經(jīng)過(guò)推挽電路進(jìn)行功率放大后，P17點(diǎn)的方波信號(hào)被放大為O1點(diǎn)信號(hào)。圖1電路中D3、D4起鉗位作用、吸收低壓電力線上的尖峰干擾。載波發(fā)射功率的大小與VHH電源幅值的高低以及電源電流提供能力密切相關(guān)，在一定范圍內(nèi)提高電源幅值、增大電源功率，可以有效地加大發(fā)射功率、從而延長(zhǎng)通信距離。
由于放大后的信號(hào)O1波形富含諧波，為減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，需進(jìn)行濾波整形。圖1(b)中電感L1、電容C3完成整形濾波后，再通過(guò)耦合線圈T1耦合到低壓電力線上，雙向二極管D7起保護(hù)作用。
圖1(b)中包含接收回路部分。R3在接收本地強(qiáng)發(fā)射信號(hào)時(shí)可以有效吸收衰減。電感L2、電容C6組成并聯(lián)諧振回路，諧振以中心頻率為120KHz進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成對(duì)有效信號(hào)的帶通濾波，良好的選頻回路可以有效提高載波接收靈敏度。
如選擇電容C6=1.5nF，根據(jù)并聯(lián)諧振公式計(jì)算后，即可以選擇合適的電感值：
                           (1)
以f=120KHz帶入計(jì)算得到L=1.17mH。
二極管D5、D6的作用是將接收信號(hào)的電位鉗制在