Ofdm多載波調制電力數據通信電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種OFDM多載波調制電力數據通信電路，包括電能表、電力線、載波耦合電路、接收電路、通信控制電路、發送電路和電源電路；載波耦合電路將發送電路傳來的信號耦合發送至電力線上，同時接收由電力線傳來的載波調制信號，并將該載波調制信號傳至接收電路；接收電路將接收到的信號進行信號處理后發至通信控制電路；通信控制電路將接收到的信號傳至電能表，同時將電能表發出的數據信號處理成載波信號傳至發送電路；發送電路將通信控制電路傳來的載波信號進行功率放大后傳至載波耦合電路；電源電路給上述四個功能電路供電。本實用新型的寬帶通訊通信距離長，傳輸穩定性佳，網絡路由模式不單一，且工作功耗低。
【專利說明】OFDM多載波調制電力數據通信電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種數據通信電路，特別涉及一種OFDM多載波調制電力數據通Ih電路。
【背景技術】
[0002]隨著智能家居的建設，家庭數據互聯通訊技術多種多樣，其中PLC通訊技術仍舊占主體，OFDM多載波調制技術以其極高的數據傳輸速率，廣泛用于有線電視、家居網絡接入等設備中。但現有技術方案存在寬帶通訊通信距離短、傳輸穩定性差和網絡路由模式單一等問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種低功耗且低成本的OFDM多載波調制電力數據通信電路。
[0004]本實用新型提供的這種OFDM多載波調制電力數據通信電路，包括電能表、電力線、載波耦合電路、接收電路、通信控制電路、發送電路和電源電路；載波耦合電路將發送電路傳來的信號耦合發送至電力線上，同時接收由電力線傳來的載波調制信號，并將該載波調制信號傳至接收電路；接收電路將接收到的信號進行信號處理后發至通信控制電路；通信控制電路將接收到的信號傳至電能表，同時將電能表發出的數據信號處理成載波信號傳至發送電路；發送電路將通信控制電路傳來的載波信號進行功率放大后傳至載波耦合電路；電源電路給上述四個功能電路供電。
[0005]所述載波耦合電路與電力線進行阻抗匹配和信號匹配。所述接收電路將由所述載波耦合電路傳來的載波差分信號進行信號整形、濾波和鉗位處理。所述通信控制電路包括微控制器；該通信控制電路通過微控制器的UART端口或Ethernet端口與電能表進行數據收發；該通信控制電路將所述電能表傳出的數據信號處理成模擬高頻差分載波信號，同時將由所述接收電路傳來的載波調制信號解調。所述發送電路將所述通信控制電路傳來的數據信號進行功率放大。所述微控制器采用型號為AR7000的芯片。所述電源電路包括型號為 MP2467DN 的 DC/DC 芯片。
[0006]本實用新型是基于Hom印Iug標準的多載波調制電力數據通信電路，實現電力線通訊速率高達7、Mbps,該速率遠遠高于通訊速率為kbps級的窄帶電力線通訊電路；本實用新型的寬帶通訊通信距離長，傳輸穩定性佳，網絡路由模式不單一，且工作功耗小于2W，為滿足電力公司的基本需求和未來增值需求提供保障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的功能模塊圖。
[0008]圖2是本實用新型的載波耦合電路圖。
[0009]圖3是本實用新型的接收電路圖。[0010]圖4是本實用新型的發送電路圖。
[0011]圖5是本實用新型的通信控制電路圖。
[0012]圖6是本實用新型的外圍電路圖。
[0013]圖7是本實用新型的電源電路圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實用新型包括電能表、電力線、載波耦合電路、接收電路、通信控制電路、發送電路、外圍電路和電源電路。
[0015]載波耦合電路與220/230VAC@50Hz的電力線進行阻抗和信號匹配，將發送電路傳來的調制信號耦合到電力線上，同時將接收到的由電力線傳來的載波調制信號轉換成載波差分信號，并將該載波差分信號傳至接收電路；接收電路將接收到的載波差分信號進行信號整形、濾波和鉗位處理后發至通信控制電路，通信控制電路將來自接收電路的載波信號進行解調后，通過芯片UART端口或Ethernet端口與智能電能表的數據收發，同時將由該電能表發出的數據信號處理成模擬高頻差分載波信號傳至發送電路；發送電路將通信控制電路輸出的模擬高頻差分載波信號進行功率放大，再通過載波耦合電路將該信號耦合發送至電力線上。外圍電路與通信控制電路連接，用于數據存儲。電源電路給上述四個功能電路供電。
[0016]如圖2所示，載波耦合電路包括耦合變壓器T3、瞬態放電管V7、耦合電容C14、調整電阻R6和調整電阻R14。耦合變壓器T3的5腳通過調整電阻R6串聯耦合電容C14與電力線的火線L端連接；其6腳通過調整電阻R14與電力線的零線N端連接；其4腳與接收電路的輸入端連接，用于傳遞載波差分負信號RX-;其2腳與接收電路的輸入端連接，用于傳遞載波差分正信號RX+ ;其3腳與發送電路的輸入端連接，用于傳遞模擬高頻差分載波正信號TX+ ;其I腳與發送電路的輸入端連接，用于傳遞模擬高頻差分載波負信號TX-。瞬態放電管V7接于耦合變壓器T3的5腳和6腳之間。
[0017]本實用新型的載波稱合電路是根據Homeplug Green PHY多調制載波稱合電路阻抗模型設計，其中調整電阻R6、調整電阻R14是Hom印Iug低阻抗載波通訊信號的調整電阻，耦合電容C14和瞬態放電管V7既保護整個電路免受雷擊、惡劣環境的影響，又可以耦合高頻OFDM多調制載波信號。耦合變壓器T3是工作頻率范圍是2Μ?30ΜΗζ信號耦合變壓器，其中輸入感抗是18.5uH±20%，輸出感抗是28.5uH±20%，信號衰減小于ldB。
[0018]如圖3所示，接收電路包括第一階切比雪夫高通濾波器、第二階巴特沃茲低通濾波器、第三階巴特沃茲低通濾波器、高頻信號耦合電容C17、高頻信號耦合電容C21、共模抑制器V4和共模抑制器V6。第一階切比雪夫高通濾波器包括電容C15、電容C16、電容C22、電容C23、電感L7、電感L8 ;第二階巴特沃茲低通濾波器包括電容C18、電容C19、電感L5和電感LlO ;第三階巴特沃茲低通濾波器是電感L6、電感L9和電容C20。
[0019]由耦合載波電路傳來的載波差分負信號RX-通過電阻R7與第一階切比雪夫高通濾波器的電容C15連接；同時由該耦合濾波電路傳來的載波差分正信號RX+通過電阻R12與第一階切比雪夫高通濾波器的電容C22連接。第一階切比雪夫高通濾波器的電容C16通過高頻信號耦合電容C17與第二階巴特沃茲低通濾波器的電感L5的I腳連接；該第一階高通濾波器的電容C23通過高頻信號耦合電容C21與第二階巴特沃茲低通濾波器的電感LlO的I腳連接。第二階巴特沃茲低通濾波器的電感L5的2腳與第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L6的I腳連接，該第二階低通濾波器的電感LlO的2腳與第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L9的I腳連接。第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L6的2腳與通信控制電路中的微控制器的30腳連接，用于傳遞負信號RXIN_N ;第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L9的2腳與通信控制電路中的微控制器的31腳連接，用于傳遞正信號RXIN_P。
[0020]共模抑制器V4的I腳接地，其2腳與電源V3P3A連接，其3腳與第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L6的2腳連接，該3腳還通過電阻R49與共模抑制器V6的3腳連接。共模抑制器V6的I腳接地；其2腳與電源V3P3A連接，其3腳與第三階巴特沃茲低通濾波器的電感L9的2腳連接。
[0021]電源V3P3A通過電感L14與電源V3P3連接，電容C59接于電源V3P3A和地之間，電容C52與電容C58并聯后接于電源V3P3和地之間。
[0022]接收電路是一組對OFDM多調制載波差分信號的三階帶通濾波器，電路工作頻率范圍是IMHf 45MHz，該濾波器的形式可采用切比雪夫和巴特沃茲兩種類型組合使用。
[0023]電阻R7和電阻R49、電阻Rl2和電阻R49的作用是分壓，調整內部差分信號輸入電壓值。電容C52、電容C58、電容C59和電感L14主要作用是隔離供電電源，避免電力線外部和儀器儀表內部電源噪聲干擾。共模抑制器V4和共模抑制器V5的作用是抑制差分信號的共模噪聲，保護通信控制電路中主芯片的輸入端口。
[0024]如圖4所示，發送電路包括整流二極管VlO、整流二極管VI1、整流二極管V17、整流二極管V18、電容器C25、電容器C26、電容器C27和電容器C28。
[0025]由通信控制電路中微控制器的32腳與電容器C25的一端連接，用于接收模擬高頻差分載波正信號TX0UT_N，該管腳還與整流二極管V17的陰極連接，整流二極管V17的陽極接地，同時該管腳還與整流二極管V18的陽極連接，整流二極管V18的陰極與電源V3P3B連接。電容器C26與電容器C25并聯相接。電容器C25的另一端與載波耦合電路中耦合變壓器T3的3腳連接，用于傳遞模擬高頻差分載波正信號TX+。由通信控制電路中微控制器的34腳與電容器C27的一端連接，用于接收模擬高頻差分載波負信號TX0UT_P，該管腳還與整流二極管VlO的陰極連接，整流二極管VlO的陽極接地，同時該管腳還與整流二極管Vll的陽極連接，整流二極管Vll的陰極與電源V3P3B連接。電容器C28與電容器C27并聯相接。電容器C27的另一端與載波耦合電路中耦合變壓器T3的I腳連接，用于傳遞模擬高頻差分載波負信號TX-。電容C24接于發送電路與載波耦合電路連接端、兩組并聯電容器之間。
[0026]電源V3P3B通過電感L13與電源V3P3連接；穩壓二極管V12的陰極與電源V3P3B連接，其陽極接地；極性電容C45的正極與電源V3P3B連接，其負極接地。
[0027]發送電路的主要作用是對通信控制電路輸出的OFDM多調制載波信號進行整流和功率放大。電感L13、極性電容C45和穩壓二極管V12的作用是隔離供電電源，其中，極性電容C45大容量電解電容是為了給OFDM載波信號發送時提供足夠的電源功率。
[0028]整流二極管V10、整流二極管VI1、整流二極管V17和整流二極管V18的整流電流值為1A，每個二極管的耐壓值為40V。電容器C25、電容器C26、電容器C27和電容器C28是高耐壓值1%精度的薄膜電容器，用于耦合OFDM高頻信號。電容C24用于差分信號的修正。
[0029]通信控制電路包括微控制器和外圍電路。
[0030]如圖5所示，微控制器作為通信控制電路的主芯片，可采用美國高通公司的型號為AR7000的芯片。該芯片采用OFDM多載波調制技術，符合Hom印Iug技術標準，以
3.3V供電，內置RAM和ROM，內部集成AFE (模擬前端)和PMU (電源管理單元)，外部使用25MHz ± IOppm精度的恒溫晶體。電力線載波工作頻率是2?30MHz，理論上，UDP傳輸速率為8Mbps，TCP傳輸速率為7Mbps ;現場測試載波數據速率為7?8Mbps，工作功耗小于2W。
[0031]微控制器通過其30腳和31腳與接收電路連接，通過其32腳和34腳與發送電路連接，通過其14腳和15腳與電能表進行數據通訊。
[0032]如圖6所示，外圍電路包括存儲器和主芯片電源電路。存儲器采用一顆16Mbits的大容量flash存儲器，用于數據存儲。主芯片電源電路為通信控制電路中的微控制器供電。
[0033]主芯片電源電路包括電容C65、電感L15、電容C70、電容C71。主芯片電源Vcore_A通過電感L15與電源Vcore連接；電容C70和電容C71并聯后接于主芯片電源Vcore_A和地之間；電容C65接于主芯片電源Vcore和地之間。
[0034]如圖7所示，電源電路主要采用一顆美國芯源公司的型號為MP2467DN的高效DC/DC芯片，其開關頻率固定為500kHz，工作電壓為6V至36V，輸入耐壓值為40V，關斷電流小于IOOuA,轉換效率大于95%，工作電流2.5A，可保證通信控制電路中微控制器芯片3.3V工作電源及500mA的工作電流。
[0035]電阻R51和電阻R52為該DC/DC芯片的輸出電壓調整電阻；電阻R54是該DC/DC芯片輸入使能上拉電阻；電容C40、電容Cl和電阻Rl用于改善DC/DC芯片開關頻率；電阻R4是下拉電阻，使該DC/DC芯片不復位；二極管D8是肖特基二極管；電感LI是儲能電感，用于保證DC/DC芯片輸出功率在1.5W左右。
【權利要求】
1.一種OFDM多載波調制電力數據通信電路，包括電能表和電力線，其特征在于，該電路還包括載波耦合電路、接收電路、通信控制電路、發送電路和電源電路；載波耦合電路將發送電路傳來的信號耦合發送至電力線上，同時接收由電力線傳來的載波調制信號，并將該載波調制信號傳至接收電路；接收電路將接收到的信號進行信號處理后發至通信控制電路；通信控制電路將接收到的信號傳至電能表，同時將電能表發出的數據信號處理成載波信號傳至發送電路；發送電路將通信控制電路傳來的載波信號進行功率放大后傳至載波耦合電路；電源電路給上述四個功能電路供電。
2.根據權利要求1所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述載波耦合電路與電力線進行阻抗匹配和信號匹配。
3.根據權利要求1所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述接收電路將由所述載波耦合電路傳來的載波差分信號進行信號整形、濾波和鉗位處理。
4.根據權利要求1所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述通信控制電路包括微控制器；該通信控制電路通過微控制器的UART端口或Ethernet端口與電能表進行數據收發；該通信控制電路將所述電能表傳出的數據信號處理成模擬高頻差分載波信號，同時將由所述接收電路傳來的載波調制信號解調。
5.根據權利要求1所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述發送電路將所述通信控制電路傳來的數據信號進行功率放大。
6.根據權利要求4所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述微控制器采用型號為AR7000的芯片。
7.根據權利要求1所述的OFDM多載波調制電力數據通信電路，其特征在于，所述電源電路包括型號為MP2467DN的DC/DC芯片。
【文檔編號】H04B3/56GK203617994SQ201320850062
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】王成, 邱仁峰 申請人:長沙威勝信息技術有限公司