【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電力載波調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖MI200E的外圍電路可分為電源電路!電力線藕合電路!發(fā)送濾波電路!接收濾波電路!SPI接口電路!晶振電路和過(guò)零電路由于MI20OE具有較高的接收靈敏度,因此在電源的設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地降低電源紋波幅度MI200E與主控端的數(shù)據(jù)交換通過(guò)SPI(SerialPeripheralInterface)實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中,sPI接口不需要進(jìn)行尋址操作,且為全雙工通信,簡(jiǎn)單高效,最高速率可達(dá)幾Mbps,并且能夠與MCU實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單良好的聯(lián)接。 圖36電力線載波通信模塊框圖如圖36 所示，電力線載波通信系統(tǒng)由載波耦合電路、信號(hào)發(fā)送電路（信號(hào)功率放大電路和輸出功率控制電路）、濾波接收單元（接收濾波電路和解調(diào)電路）、電力線載波擴(kuò)頻通信芯片PLCI36IIIE 等組成。圖37 載波耦合電路實(shí)現(xiàn)圖電路功能濾除 220VAC／50Hz（或110VAC／60Hz）的交流信號(hào)；抑制瞬時(shí)電壓沖擊（如：雷擊造成的過(guò)電壓、電網(wǎng)電壓的浪涌和尖峰電壓、及靜電放電電壓等）；能夠高效率地將發(fā)射信號(hào)注入電力線，保證在電力線上的有效信號(hào)功率；對(duì)來(lái)自電力線上的有用信號(hào)實(shí)現(xiàn)最小的衰減和最佳接收；最大限度地抑制來(lái)自電力線上的噪聲干擾，具有高通濾波的功能。電路元器件說(shuō)明信號(hào)耦合電路中，電容C3 濾除交流50Hz 信號(hào)，采用隔離變壓器TR1 使電力線回路和通信單元安全隔離，并由電容C3和隔離變壓器的次級(jí)線圈電感L 構(gòu)成高通濾波器的功能，濾掉頻率為50Hz的工頻信號(hào)。壓敏電阻RV1抑制瞬時(shí)電壓沖擊。瞬時(shí)電壓沖擊（如：括雷擊造成的過(guò)電壓沖擊、電網(wǎng)電壓的浪涌和尖峰電壓、某些用電設(shè)備所產(chǎn)生的尖峰干擾脈沖、工業(yè)火花，及靜電放電電壓等）會(huì)對(duì)電路系統(tǒng)起到破壞和干擾作用。所以，要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行防護(hù)和抑制。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)按下式選擇：ACrms = 2 220V 110% ≈ 480V 。電阻R1在本設(shè)計(jì)中取1M W ，也可以取值更大一些。R1在本設(shè)計(jì)中的作用是在離線時(shí)使電容C3放電，防止出現(xiàn)瞬間的高壓。P6KE22CA是瞬變抑制二極管，它可以有效地避免后面電路被高壓擊穿。電力線上的設(shè)備接入或者斷開(kāi)，都有可能引起尖峰脈沖，并導(dǎo)致收發(fā)電路的永久性損壞。所以過(guò)壓保護(hù)措施是至關(guān)重要的。除了電力線上會(huì)產(chǎn)生高壓脈沖破壞器件以外，當(dāng)設(shè)備剛剛接上電源時(shí)，如果電力線剛好處于電壓的最大值，而此時(shí)電容上的電壓為0，會(huì)有300V（220V有效值，最大值 311V）的高壓直接加在變壓器兩端，引起很大的電流，從而在次級(jí)產(chǎn)生尖峰脈沖。這個(gè)脈沖的電流相當(dāng)大，可達(dá)幾十安培到上百安培，采用一般的穩(wěn)壓管無(wú)法消除這個(gè)脈沖。壓敏電阻的響應(yīng)比較緩慢，在出現(xiàn)脈沖的1μs之內(nèi)仍然有幾十伏的電源，足以燒壞放大電路。它的電流雖然很大，但是能量卻不是很大。瞬變抑制二極管P6KE22CA響應(yīng)時(shí)間是1012納秒，允許的正向浪涌電流在T＝10ns條件下，可達(dá)50～200A，可在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈沖功率?？梢院?jiǎn)單地把它看作一個(gè)具有強(qiáng)大吸收電流能力的穩(wěn)壓二極管，但它的動(dòng)態(tài)電阻比較大，所以還需要 D2和D3這兩個(gè)肖特基二極管進(jìn)一步把電壓鉗位在2V左右。圖38 信號(hào)功率放大電路實(shí)現(xiàn)圖電路功能本部分設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是諧振功率放大器的功能，具有選頻和放大兩個(gè)作用。當(dāng)調(diào)諧（通信系統(tǒng)的載波中心頻率為fc＝270kHz），由于該電路中采用的是串聯(lián)諧振，諧振 阻抗最小，此時(shí)經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)可以順利地通過(guò)選頻電路；而非調(diào)諧狀態(tài)下，諧振阻抗非常大，信號(hào)基本沒(méi)有通過(guò)選頻電路.電路元器件說(shuō)明電容C4和電感L1組成選頻電路。選頻電路允許通過(guò)的頻率為：電路中的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管在切換的過(guò)程中會(huì)同時(shí)打開(kāi)，瞬間會(huì)出現(xiàn)類似短路的情況。這是MOS管電路中普遍存在的尖峰電路問(wèn)題。為了提高這個(gè)電路的可靠性，可以通過(guò)增加兩個(gè)電阻來(lái)削弱尖峰電流，從而使整個(gè)載波通信電路更加穩(wěn)定。R2和R3的作用就是削弱尖峰電流。RR3的具體數(shù)值可根據(jù)具體的電源情況進(jìn)行確定，電源的功率越大，需要電阻的阻值和功率越大。一顆P 溝道的MOS 管和一顆N 溝道的MOS 管組成可切換的功率放大電路的主體部分。P 溝道的耐流為1A，N ，這就使整個(gè)載波電路的耐流為1A，所以供給這個(gè)放大電路的電源的功率不能太大，假如電源能提供的功率非常大，當(dāng)外界的阻抗很小時(shí)，就會(huì)有很大的電流流過(guò)US6M2 這顆器件，當(dāng)超過(guò)它的額定值時(shí)，有可能會(huì)把US6M2 燒掉，所以載波通信電路采用變壓器供電。D1是一顆20V 的肖特基穩(wěn)壓管，但在這里沒(méi)有用到它的穩(wěn)壓特性，用到而是它的正向?qū)妷旱偷奶攸c(diǎn)，來(lái)保護(hù)P 溝道的MOS 管。即在此設(shè)計(jì)中作為開(kāi)關(guān)來(lái)使用。，發(fā)送信號(hào)只通過(guò)Q1來(lái)完成功率放大作用。此時(shí)，Q2就處于截至狀態(tài)。，發(fā)送信號(hào)通過(guò)Q1和Q2同時(shí)完成功率放大作用。電阻R5/ 在這里起到保護(hù)載波芯片的作用，因?yàn)檩d波芯片采用的是MOSFET工藝，不驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載。而這套放大電路的輸入是容性的， 的電阻來(lái)保護(hù)載波芯片。電容C5將輸入電壓信號(hào)耦合到MOSFET的柵極。 輸出功率控制電路圖39 輸出功率控制電路實(shí)現(xiàn)圖電路功能這部分電路所起的作用是當(dāng)15V電源電壓被拉低到7V左右的時(shí)候控制其輸出電流，從而整個(gè)系統(tǒng)正常工作，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以很好的保證低電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^(guò)；另外，可以調(diào)整R7的電阻值來(lái)控制輸出電流，從而起到既限壓、又限流的作用。電路元器件說(shuō)明為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端接一個(gè)電解電容。電解電容C7的作用就是防止供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化。由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除。，以濾除高頻及脈沖干擾。電阻R6起到在做電磁兼容試壓和在斷電情況下泄放殘留電壓的作用，其阻值可以取為100k。圖310 接收濾波電路實(shí)現(xiàn)圖電路功能這部分的作用起到對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波的作用，并將濾波后的信號(hào)鉗位在2V 的范圍內(nèi)，從而保護(hù)AFE3316。電路元器件說(shuō)明電阻R9/。此電阻值可以適當(dāng)做調(diào)整。電感L2和電容C8以及電感L3和電容C9構(gòu)成帶通無(wú)源濾波器，無(wú)源濾波電路允許通過(guò)的頻率為：圖311 帶通濾波器的幅頻特性曲線圖312 輸入信號(hào)被鉗位后的波形解調(diào)電路的硬件實(shí)現(xiàn)圖如附圖一所示 185kHz信號(hào)輸出電路由 PLCI38ⅢE 內(nèi)部產(chǎn)生的頻率為185kHz 的方波信號(hào)，通常作為通信系統(tǒng)模擬前端集成電路的本地振蕩信號(hào)源。，占空比為1:1，高電平為VCC，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率為185kHz的方波信號(hào)。圖313 PWM185K 波形圖314 模擬前端本振信號(hào)形成電路實(shí)現(xiàn)圖電路功能使用它作為模擬前端集成電路的本地振蕩信號(hào)源，使用一個(gè)外部帶通濾波器（由電感L4和電容C18組成）來(lái)提取185kHz 基頻信號(hào)，并抑制基頻外的諧波分量。電路元器件說(shuō)明由電容C18 和電感L4組成并聯(lián)諧振電路，實(shí)現(xiàn)帶通濾波的功能，其諧振頻率為：電阻R15為限流電阻，需要根據(jù)模擬前端對(duì)本振信號(hào)幅度的要求，適當(dāng)調(diào)整電阻R15。315 模擬前端本振信號(hào)形成電路產(chǎn)生的波形 低功耗窄帶模擬前端AFE3361AFE3361 是一個(gè)低功耗窄帶FM 中頻模擬解調(diào)集成電路，其內(nèi)部含有完整的窄帶調(diào)頻解調(diào)系統(tǒng)，包括：振蕩器（Oscillator）、混頻器（Mixer）、限幅放大器（Limiting Amplifier）、 FM 解調(diào)器（Demodulator）、正交鑒頻器（Quadrature Discriminator）、 濾波放大器（FilterAmplifier）、 靜噪電路（Squelch Circuit）AFE3361的引腳定義：表32 AFE3361的引腳定義圖316 AFE3361內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AFE3361在本設(shè)計(jì)中的作用及原理：將在電力線上接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)處理形成供PLCI36IIIE處理的信號(hào)。具體處理過(guò)程如下：16腳經(jīng)過(guò)電容C16連接接收濾波電路的輸出端，如附圖2所示。16腳提供270kHz的電力線載波接收信號(hào)與1腳的由PLCI36IIIE提供頻率為185kHz的振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，并經(jīng)過(guò)3腳輸出頻率為455kHz的混頻信號(hào)。將3腳輸出的混頻信號(hào)引入陶瓷濾波器LT445BW對(duì)波形進(jìn)行進(jìn)一步改善，以供后續(xù)處理。具體電路如附圖1所示。將經(jīng)過(guò)陶瓷濾波器處理的信號(hào)引入AFE3361的5腳，做限幅放大處理，最后由AFE3361的9腳輸出；然后再引到10腳通過(guò)濾波放大器實(shí)現(xiàn)有源濾波及放大后由11腳輸出，輸出的波形是矩形波，但不是標(biāo)準(zhǔn)的等占空比的矩行波，并且?guī)в胁糠旨y波。將11腳輸出的信號(hào)再通過(guò)12腳引入到AFE3361的靜噪觸發(fā)器得到?jīng)]有紋波的矩形波，此信號(hào)由13腳輸出，供PLCI36IIIE處理。 PLCI36IIIE的引腳圖及引腳定義317 PLCI36IIIE的引腳圖PLCI36ⅢE 是專