【文章內(nèi)容簡介】 可以穩(wěn)定的傳輸所采用的擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行信號傳輸?shù)脑颉? 直序擴(kuò)頻技術(shù)在直序擴(kuò)頻技術(shù)中，偽隨機(jī)代碼是直接被載入到載波機(jī)調(diào)制器上的數(shù)據(jù)中去的。調(diào)制器具有相對較大的比特率，其速率的大小由偽隨機(jī)碼的碼片的速率決定。用這種碼序列調(diào)制射頻載波，會產(chǎn)生一個(gè)中心在載波頻率和頻譜((sin x)/x)2的秩序擴(kuò)展頻率之間的頻譜。頻譜的主瓣帶寬是調(diào)制碼的時(shí)鐘速率的2倍，旁瓣帶寬即調(diào)制碼的時(shí)鐘速率。圖25所示的是直序擴(kuò)頻信號的典型范例。實(shí)際情況下采用的載波和數(shù)字調(diào)制決定著直序擴(kuò)頻頻譜形狀的變化。下圖所示的是一個(gè)二相移鍵控制信號，在直序擴(kuò)頻系統(tǒng)中常常使用這種調(diào)用類型。原理圖如圖25所示[3]。圖25 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖 跳頻擴(kuò)頻技術(shù)所謂調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)即是在按照隨機(jī)碼在一個(gè)很寬的頻帶上對載波進(jìn)行定義，使其能夠進(jìn)行頻率的跳變。跳頻擴(kuò)頻技術(shù)和前面介紹的直序擴(kuò)頻技術(shù)相比，存在很大的區(qū)別。在跳頻過程中，原始信息的傳輸速率決定了頻率的跳變速率，除此以外，波形也有很大的區(qū)別，跳頻在整個(gè)頻帶上是平坦的波形，而不是（(sin x)/x）/2的正弦波形。跳頻信號帶寬與頻率間隙之間滿足下面的關(guān)系：Q=W*N，其中Q表示跳頻信號帶寬，W表示傳輸頻率的間隙，N表示跳變信道的帶寬。3 ST7540擴(kuò)頻通信芯片 引腳特性及應(yīng)用簡介 圖31 ST7540的引腳圖序號 名稱類型 描述1CD_PD數(shù)字輸出載波信號 偵頭檢測輸出、1沒有載波信號或者偵頭檢測輸出0有載波信號或者偵頭檢測輸出2REG_DATA內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入1 為控制寄存器 0為主控制器3GND供給數(shù)字接地4RxD數(shù)字輸出RX數(shù)據(jù)輸出5RxTx內(nèi)部打開時(shí)的數(shù)字輸出1為RX session 0DX session6TX內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入TX 數(shù)據(jù)輸出7BU/THERM數(shù)字輸出1為信號編程 0在TX模式下沒有信號編程8CLR/T數(shù)字輸出同步主存取時(shí)鐘或者控制寄存器時(shí)鐘9VDD電源供給數(shù)字供給電壓或者3。3V電壓控制輸出10 MCLK數(shù)字輸出主時(shí)鐘輸出11RSTO數(shù)字輸出電壓打開或者 檢測器復(fù)位輸出12 UART/SPI內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入接口類型串行外圍接口0 通用異步接收器/發(fā)送器接口13WD內(nèi)部斷開下的數(shù)字輸入檢測器輸入。內(nèi)部檢測計(jì)數(shù)器在下界電壓線是清零14PAIN模擬輸入電力線放大器反相輸出15PAOUT電壓輸出電力線放大器輸出16VSS供給電壓模擬接地17VCC供給電壓源18PA_IN模擬輸入電力線放大器無反相輸出19TX_OUT模擬輸出小信號模擬傳送輸出20SVSS模擬輸出模擬信號接地21X1模擬輸出晶體震蕩器輸出22X2模擬輸入晶體震蕩器輸入或者內(nèi)部時(shí)鐘輸入23VSENSE24模擬輸入電流限制反饋在CL和SV之間的電阻來設(shè)置當(dāng)前的電流值在這個(gè)引腳上為綜合80pf濾波輸入電容25RX_IN模擬輸入模擬輸入接收端26VDC電壓5V電壓調(diào)節(jié)器27TEST1內(nèi)部中斷測試投入時(shí)必須接地28TEST2模擬輸入測試投入時(shí)必須接SV端 ST7540應(yīng)用情況簡述 ST7540是電力線載波通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用，它具有半雙工同步/異步FSK調(diào)制解調(diào)的功能。，由單一電壓源提供工作電壓，繼承了電路驅(qū)動和穩(wěn)壓器，具有低功耗的特點(diǎn)。這種新型的電力線載波傳輸芯片ST7540由意法半導(dǎo)體研發(fā)生產(chǎn)，支持多種調(diào)制解調(diào)技術(shù)和通信協(xié)議，其中包括EHS 和KONNEX( EN50090)，它搭載于廣泛的電力網(wǎng)，為人們的信號傳輸帶來很大的方便。如今在家庭和工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，芯片內(nèi)部集成了電流電壓控制電路，看門口計(jì)時(shí)器，F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)，濾波電路等等。保證了信號穩(wěn)定準(zhǔn)確的傳輸[4]。 接受和傳送模式 接收模式當(dāng)ST7540芯片處在接收狀態(tài)的時(shí)候，控制端口RXTX=”1”并且REG_DATA=”0”。信號經(jīng)過濾波后從RX_IN端口被讀入,可以保證輸入信號在信噪比較低的情況下，仍然有很寬的動態(tài)范圍。這個(gè)模塊中需要設(shè)置一個(gè)中心頻率按照選中的信道頻率設(shè)定的窄帶濾波器對輸入信號進(jìn)行濾波。FSK解調(diào)過程中，在對信號進(jìn)行解調(diào)之前需要把輸入的信號個(gè)芯片內(nèi)置的正弦波發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波形的頻率進(jìn)行混合，變換信號的頻率，然后再一次把信號送入濾波器進(jìn)行濾波，最后進(jìn)行解調(diào)。整個(gè)過程共進(jìn)行了三次濾波，為的是更好的減小噪聲的干擾。這款芯片還有一點(diǎn)優(yōu)勢在于，當(dāng)芯片開始接受數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí)RXTX=1,芯片內(nèi)信號發(fā)送模塊的電路全部關(guān)閉，這有利于避免電能的浪費(fèi)。圖32 接收路徑圖 傳送模式當(dāng)ST7540芯片處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，RXTX=“0”，REGDATA=“0”。與接收模式一樣，此時(shí)RXTX=“0”，芯片內(nèi)的接受模塊的電路包括其外界電路都處于關(guān)閉狀態(tài)，而芯片內(nèi)部FSK調(diào)制部分電路進(jìn)入工作狀態(tài)。芯片內(nèi)由開關(guān)控制可選擇有兩種信號的發(fā)送有兩種傳輸模式：圖32 發(fā)送路徑圖同步傳輸，在CLR/T的時(shí)鐘信號處于上升沿時(shí)，TXD端口讀入數(shù)據(jù)送至FSK調(diào)制器，與此同時(shí)芯片內(nèi)部根據(jù)波特率發(fā)送時(shí)序控制。異步傳輸TXD引腳直接將數(shù)據(jù)發(fā)送到FSK調(diào)制器。并且在傳輸時(shí)頻率精度與外部的晶體頻率是保持相同的，由主機(jī)來管理發(fā)送時(shí)序，此時(shí)CLK/T端的時(shí)序信號被忽略。 內(nèi)部模塊功能圖33 內(nèi)部功能模塊圖ST7540芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖33所示，芯片內(nèi)部集成了電壓電流控制模塊，串行接口模塊，濾波，調(diào)制解調(diào)模塊，振蕩器模塊以及自動電平控制模塊。它采用單電源（~）供電，電流可以達(dá)到50mA,內(nèi)部還集成了驅(qū)動器和電源控制器。通過RXD引腳對芯片能的發(fā)送電路和接收電路進(jìn)行相關(guān)的控制，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。同以往舊版的載波芯片不同之處在于，ST7540內(nèi)部有兩個(gè)線性電源可供選擇（）,可以對信號的傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。引腳個(gè)數(shù)也減少為28個(gè)，給使用帶來了方便。內(nèi)部集成濾波電路，對信號進(jìn)行多次濾波，最大限度的排除了噪聲的干擾。輸入驅(qū)動能力也被大大的提升。為了排除外界對信號輸出的干擾，ST7540設(shè)置了對信號幅度的凍結(jié)功能，來避免外界對信號幅度造成影響。與ST7538芯片相比，ST757540輸出信號從原本的查分信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱味诵盘?，其自動增益相同。；ST7540在發(fā)送狀態(tài)時(shí)，對溫度太高有監(jiān)控功能：增加的一個(gè)UART端口，集成了一個(gè)48bit s的可編程控制寄存器。ST7540多了報(bào)頭檢測和幀長度識別的功能，不需要在外圍另外實(shí)現(xiàn)。相對于ST7548芯片，ST7540也減少了一部分功能，如內(nèi)部集成運(yùn)放、零檢測等等等。因此ST7540的引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比之前的載波通信芯片都大大的做到的了簡化，被稱為件裝備的載波芯片[5]。 必須先對ST7540芯片中的控制寄存器和芯片內(nèi)的載波頻率，波特率等等的一些性質(zhì)進(jìn)行設(shè)置，才可以使用ST7540執(zhí)行發(fā)送和接收操作。一般通過對控制寄存器進(jìn)行寫操作來配置控制寄存器，對控制寄存器設(shè)置完畢好后，就可以通過讀控制寄存器的操作來檢驗(yàn)配置正確與否。當(dāng)引腳RXTX等于“0”并且REG_DATA等于“0”時(shí)，載波芯片處在發(fā)送模式。發(fā)送模式下，芯片將從主機(jī)接受來的數(shù)字信號從TXD輸入，再經(jīng)過FSK調(diào)制，轉(zhuǎn)化為模擬信號，再通過帶通濾波器，最后在電平控制電路對發(fā)送電路電壓和電流的控制下經(jīng)PA_OUT進(jìn)行功率放大后發(fā)送到電力線上傳輸。當(dāng)引腳RXTX等于“1”、REG_DATA等于“0”時(shí)，芯片處于接受狀態(tài)，RX_IN端口將從電力線上接收到的模擬信號進(jìn)行濾波操作，再經(jīng)過FSK解調(diào)操作，將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再從RXD端口把信號發(fā)送到主機(jī)[5]。 主機(jī)和st7540之間的連接主機(jī)通過一系列的接口與ST7540連接，對芯片進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)的發(fā)送通過REG_DATA和RXTX兩個(gè)端口控制，數(shù)據(jù)交換通過RXD，TXD和始終端口（CLR/T）進(jìn)行控制。 異步方式在異步工作方式下數(shù)據(jù)在沒有任何數(shù)據(jù)時(shí)鐘參考下 交換，該主機(jī)控制器已收參考時(shí)鐘在接收模式以下為4種工作模式：(1)數(shù)據(jù)接收(2)數(shù)據(jù)傳送(3)控制寄存器讀書(4)控制寄存器寫入數(shù)據(jù)和控制寄存器訪問配置：REG_DATARxTx數(shù)據(jù)傳送00數(shù)據(jù)接收01控制寄存器讀數(shù)11控制寄存器寫入10 st7540 和主機(jī)通信接口的兩種類型軟件過程改進(jìn)通用異步接收/發(fā)送裝置可以通過UART/SPI 拐角作出選擇，如果UART/SP設(shè)為0，則SPI接口被選擇工作，如果為1則UART接口被選中，接口的類型可通過設(shè)置RxD線的狀態(tài)來影響傳輸，當(dāng)st7540處于接收狀態(tài)時(shí)并且在主機(jī)上沒有數(shù)據(jù)時(shí)UART接口允許被連接到一個(gè)UART兼容設(shè)備而SPI接口也允許被連接到一個(gè)SPI兼容設(shè)備，主機(jī)|和芯片主要接口的組合同步和異步st7540/主控制器接口如圖所示： 圖34 同步和異步st7540/host控制器接口在同步模式下st7540始終是通信的主題，并 在CLR /T線上提供時(shí)鐘參考。當(dāng)時(shí)鐘信號處在上升沿時(shí)，RXD口上的數(shù)據(jù)有效。當(dāng)st7540是在傳輸模式時(shí)鐘的參考是內(nèi)部產(chǎn)生的和TxD 路線是在CLR /T線上升沿被采樣。4 基于ST7540的載波通信系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)由電力線接口電路、ST7540以及單片機(jī)可以組成一個(gè)完善電力線載波通信模塊 。ST7540相當(dāng)于電力線接口和微處理器之間的橋梁，對信號進(jìn)行處理，并根據(jù)主機(jī)的需要對信號的傳輸進(jìn)行控制。處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，它可以把從主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、濾波發(fā)送到電力線進(jìn)行傳輸。處于接收狀態(tài)時(shí)，它也同樣可以把從電力線上接收到的信號進(jìn)行濾波、解調(diào)再傳送給主機(jī)。完整的外部模塊包括發(fā)送電路，接收電路、保護(hù)電路和功率放大電路等。但應(yīng)為ST7540芯片內(nèi)部集成了功率放大模塊。所以設(shè)計(jì)電力線載波電路時(shí)，不需要在外部另加功率放大電路，只需要設(shè)計(jì)發(fā)送電路、接受電路和保護(hù)電路就可以了。利用