【導(dǎo)讀】本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢。業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做。出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。據(jù)、信息的傳輸和交換。隨著調(diào)制解調(diào)技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，PLC技術(shù)也。得到了飛速的發(fā)展。PLC應(yīng)用廣泛：Inter的接入、智能家庭組建、自動遠(yuǎn)稃抄表等。MAX2986和MAX2980的PLC調(diào)制解調(diào)器應(yīng)用于電力線抄表系統(tǒng)，在抄表之余，同時(shí)實(shí)現(xiàn)Inter接入功能。

　　

【正文】 至 ，具有先進(jìn)的窄帶干擾抑制電路，并帶有 56 位DES 密鑰管理，實(shí)現(xiàn)安全通信。集成大量的外圍設(shè)備和存儲器接口，提供編程處理，功能擴(kuò)展， MAC 測試性能，適用于局域網(wǎng)、家庭自動化、工業(yè)自動化以及電力線寬帶領(lǐng)域。該處理器采用微信號體系結(jié)構(gòu)集 MCU 與 DSP 于一身，簡化了外圍電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 MAX2986 的功能框圖如圖 所示。 PC接口電路L 80225OFDM 處理模塊M AX 2986前級 AFEM AX 2980耦合模塊電源模塊電力線調(diào)制解調(diào)器電力線 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 MAX2986 結(jié)構(gòu)圖 這款高性能的集成 MAX2986 電力線 收發(fā)器芯片內(nèi)部包含了內(nèi)體訪問控制層(MAC)和物理層 (PHY)，其中 MII/rMII/FIFO 單元是 MAX2986 收發(fā)器的接口層。這一層用于連接外圍 MII/rMII 或 FIFO 接口的 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。 MAX2986 芯片 MAX2986 利用 Maxim 先進(jìn)的 OFDM 電力線引擎，提供高達(dá) 14Mbps 的數(shù)據(jù)速率。 MAX2986 的開放式結(jié)構(gòu)允許擴(kuò)展可編程性、擴(kuò)充容量、改善 MAC 中的測試能力，獲得最佳性能，非常適合局域網(wǎng) (LAN)、音頻、語音、家庭自動化、工業(yè)自動化、寬帶電力線傳輸 (BPL)以及頻譜整形、信號陷波處理等應(yīng)用，針對不同地區(qū)的規(guī)范體系提供無與倫比的靈活性。具有密鑰管理的 56 位 DES 加密電路提供安全保障。 MAX2986 能夠工作在 標(biāo)準(zhǔn)媒體獨(dú)立接口 (MII)、簡化媒體獨(dú)立接口(rMII)、緩存 FIFO 數(shù)據(jù)通信、 兼容 10/100 以太網(wǎng) MAC， 或 UART接口。這些接口方式使得 MAX2986 幾乎能夠配合任何數(shù)據(jù)通信器件工作，適合各種信息傳輸設(shè)備，提供功能及應(yīng)用擴(kuò)展。 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 MAX2986 電力線網(wǎng)絡(luò)基帶芯片集成了 ARM946E 處理器核心作為 MAC 控制器，這顆處理器具有獨(dú)立的存儲器和程序運(yùn)行空間，可以通過 JTAG 接口進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試，如圖 所示。 圖 MAX2986 基帶處理模塊設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)采用了三種不同頻率的時(shí)鐘，分別是 30MHz、 50MHz、 25MHz。MAX2986 采用 30MHz 的時(shí)鐘頻率作為其的工作頻率。如圖 所示為 30MHz 時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 CLKIN 接 MAX2986 的 XIN； XOUT 接 MAX2986 的 XOUT。 圖 時(shí)鐘電路 50． 0MHz 的時(shí)鐘頻率由 MAX2986 的 AFECLK 輸出，供 MAX2980 的工作使用，MAX2986 的 AFECLK 接 MAX2980 的 CLK。 25． 0MHz 的時(shí)鐘頻率由 50． 0MHz 經(jīng)外部電路分頻得到，電路如圖 所示。D 接 Q ， CP 接 50MHz 的頻率。 發(fā)送 接收OFD M 調(diào)制解調(diào)PHYARM 946 E可編程 M CU接口E ther M ACUSBM IIUA RTAFEM AX 2986 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 分頻電路 MAX2980 芯片 MAX2980 是專門為 PLC 所設(shè)計(jì)的通信模擬前端集成電路，它的任務(wù)是對模擬信號的處理。它高度集成的設(shè)計(jì)包括了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (D/A)、濾波器以及線路驅(qū)動器、自動增益控制 (AGC)等等，具有高性能和低成本的特點(diǎn)。 圖 MAX2980 結(jié)構(gòu)圖 圖 為 MAX2980 的接線框圖。通過 AFE 的十個(gè)數(shù)據(jù)端 (DAD)實(shí)現(xiàn) MAX2986與 MAX2980 之間的數(shù)據(jù)交換。 MAX2986 通過 AFE 剩余的 6 個(gè)端口對 MAX2980的工作模式、時(shí)鐘、使能等的控制。 模擬前端的信號接收部分包括了 LNA(10wnoiseamplifier)、商通濾波器 (HPA)、低通濾波器 (LPA)、自動增益控制放大器 (AGC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。電力線上接收AV DD+ 3 . 3 VSCLKCSSHD NENR EADOutputInp utCSRESETCLKDA C AD C 0 9AFEGNDMAX 2980 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 下來的信號先通過 LNA 來降低電力線帶來的噪聲，再通過高通和低通濾波器組成的帶通濾波器來截取有用頻帶。然后 AGC 對衰減的有用信號進(jìn)行自動增益控制，增益的多少完全由 A/D 變換的要求來決定。然后 50MHz、 10bit 的 ADC 將對AGC 輸出信號采用，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，最后通過 MUX 送入 MAX2986。在電路設(shè)計(jì)上不必再設(shè)計(jì)放大電路和帶通濾波電路等外圍電路。 模擬前端的信號發(fā)送部分包括了數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、低通濾波器 (LPA)、緩沖器 (BUF)、線路驅(qū)動器 (LD)。經(jīng) MAX2986 處理的數(shù)字信號先進(jìn)行 DA 變換生成模擬信號，再通過 LPF 將諧波噪聲濾除。最后由緩沖器和線路驅(qū)動器將信號送上電力線，完成信號的發(fā)送 。在電路設(shè)計(jì)上可以不用再添加額外的放大器和緩沖器。 圖 MAX2980 結(jié)構(gòu)圖 MAX2980 模擬前端模塊設(shè)計(jì) 圖 為 MAX2980 的接線框圖。通過 AFE 的十個(gè)數(shù)據(jù)端 (DAD)實(shí)現(xiàn) MAX2986與 MAX2980 之間的數(shù)據(jù)交換。 MAX2986 通過 AFE 剩余的 6 個(gè)端口對 MAX2980的工作模式、時(shí)鐘、使能等的控制，如圖 所示。最后經(jīng)線路驅(qū)動后的信號由輸出 (Output)口發(fā)送上電力線，電力線傳來的信號又經(jīng)輸入 (Input)送入 MAX2980濾波整形。 圖 模擬前端接線框圖 HPF LPF ADCLPF DACMUXM AX 2986LNA AGCBUFLD電力線M AX 2980D / A / D ( 0 9 ) AFED AT ( 0 9 )ENR EAD AFERE NENT XSHRC RVCSAFEPO RXAFEFRZMAX 2980 AFEMA X 2986CLKRESETINAFECL KAFERE SETPL OPPL ONPL IPPL INETHUSBUA RTAFETX EN 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 網(wǎng)絡(luò) 接口電路 以 L80225 以太網(wǎng)收發(fā)器作為設(shè)計(jì)的物理鏈路層 (PHY)器件， L80225 與MAX2986 的 Ether 控制口相連，網(wǎng)絡(luò)的上層通信由 MAX2986 完成。 本方案將MAX2986AFE 端口與電力線通信模擬前端收發(fā)器 MAX2980 的 AFE 端口相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的電力線端前向處理。 MAX2986MAC 層將從電力線端接收到的數(shù)據(jù)，解包后轉(zhuǎn)換為 MII 幀，經(jīng) MII 接口轉(zhuǎn)送給以太網(wǎng)物理層收發(fā)器 L80225，其通過 PJ45接口實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)信號的發(fā)送和接收。 Ether 接口電路見圖 。 SPEED、 DPLX、 ANEG 是 L80225 的 工作模式控制引腳。它們的定義如下：高電平時(shí)， SPEED 為 100Mbps、 DPLX 為全雙工、 ANEG 為自適應(yīng)開；低電平時(shí)， SPEED為 10Mbps、 DPLX 為半雙工、 ANEG 為自適應(yīng)關(guān)。通過開關(guān) S S2 和 S3 來實(shí)現(xiàn)工作模式的切換。 發(fā)光二極管 LED1～ 3 組成了 Ether 工作狀態(tài)的指示電路。 LED1 指示連接偵測信號； LED2 指示全雙工，半雙工工作模式： LED3 指示 10/100Mbps 工作模式。電容 C1～ C5 用于濾除高頻雜波，為 L80225 提供干凈的電源，提高其抗干擾能力。RESET 信號由復(fù)位電路提供。 L80225 工作頻率為 25MHz，由 25MHz 生成電路提供。 MAX2986 發(fā)送接收信號有三種模式，分別為 MII， RMII 和 FIFO，本文采用MII 模式。 MII 接口工作在半雙工模式，芯片與微處理器之間的信號傳輸由 CRS(載波偵測 )腳控制。數(shù)據(jù)與 ，傳送格式為半字節(jié)，因此數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 10Mbps/100Mbps。 圖 網(wǎng)口接線圖 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 當(dāng)外部主機(jī)準(zhǔn)備發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，并且 MIICRS 不是高電 (前次發(fā)送已完成 )，外部主機(jī)發(fā)出 MIITXEN，同時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 MIIDAT[3:0]上。作為響應(yīng)， MAX2986 發(fā)出MIICRS。外部主機(jī)保持 MIITXEN 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)通過 MIIDAT，同步于 MIICLK被采樣輸入 MAX2986。在最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被發(fā)送之后、下一個(gè) MIICLK 正沿到來之前， MIITXEN 被外部主機(jī)復(fù)位。 MII 接口的發(fā)送如圖 所示 圖 MII 接口發(fā)送 當(dāng) MAX2986 準(zhǔn)備發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給外部主機(jī)時(shí)，如果沒有正在進(jìn)行中的發(fā)送會話，等待一個(gè) IFG 之后 (相對于 MIICRS，約 )， MAX2986 發(fā)出 MIIRXDV信號。 MAX2986 保持 MIIRXDV 為高電平時(shí)，通過 MIIDAT，來自 MAX2986 的數(shù)據(jù)被采樣 (相對于 MIICLK 同步 )。在最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被接收后， MAX2986 復(fù)位MIIRXDV。 MII 接口的接收如圖 所示 圖 MII 接口接收 耦合電路模塊 耦合電路在整個(gè)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。它的主要作用如下： a)使系統(tǒng)與電網(wǎng)電隔離； b)從電力線上提取高頻通信信號到 MAX2980 模擬前； c)將MAX2980 處理好的高頻信號注入電力線網(wǎng)絡(luò)； d)電力線調(diào)制解調(diào)器使用中需要三相問的異相信號傳 輸，耦合電路還起到高頻信號的相間耦合。 圖 。 ERZ 為壓敏電阻，采用松下公司的 ERZV07D471，它可以有效的吸收線路上的尖峰脈沖，起到保護(hù)的作用。電阻 R R2，電容 C1 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 組成一個(gè)高通濾波電路。 D D2 為兩個(gè)二極管，防止高壓進(jìn)入。耦合變壓器 T用來隔離高壓與低壓側(cè)，實(shí)現(xiàn)高低壓的電隔離。 圖 耦合電路 耦合電路的一端接 220V 線路，另一端接 MAX2980 模擬前端的信號收發(fā)口。它們分別是，接收端 PLIP、 PLIN；發(fā)送端 PLOP、 PLON。接收時(shí)，電力線上的高頻有用信號通過去耦合后，先經(jīng)過高通濾波器 (HPF)，進(jìn)一步濾除高頻干擾信號，再送入 MAX2980；發(fā)送時(shí) MAX2980 通過耦合后，直接將信號送入電網(wǎng)。 電源電路設(shè)計(jì) 電平的電源 本系統(tǒng)需要 和 電平的電源。 電源采用開關(guān)電源的解決方案。使用 Power Integrations 公司的 TinySwitchII 型系列中的 TNY266 來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。 TNY266 電路如圖 所示 。 圖 TNY266 電路 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 交流電 VAC 通過 VD1～ VD4 組成的整流橋，再通過 C C LI 組成的 π 型濾波電路，得到直流高壓，其中 R1 為 L1 的阻尼電阻。電容 C5 是用來抑制變壓器初、次級之間傳導(dǎo)式電磁干擾。電容 C電阻 R2 和二極管 VD5 組成鉗位保護(hù)電路，能將 TNY266 中的功率 MOSFET 關(guān)斷時(shí)加在漏級上的尖峰電壓限制在安全范圍內(nèi)。 LTV817S 型光電耦合器和 TNY266 組成電壓電流反饋環(huán)節(jié)。次級電壓經(jīng) VDC L C7 整流濾波。 TL431A 穩(wěn)壓管將 A 點(diǎn)電位穩(wěn)定在 ，通過 R R6 對電壓的分配得到輸出電壓： VVVR RRVU 6650 ??????? 直流電 源 電壓由 穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生，電路圖如圖 所示。其中 C1和 C2 都是濾波電容，用來消除紋波的。 圖 電源電路 OFDM 系統(tǒng)的性能仿真 仿真流程 整個(gè)系統(tǒng)的仿真流程如下圖 。 OFDM的過程首先從隨機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)生器開始，發(fā)送出來的 (0 1)等概數(shù)據(jù)經(jīng)過串 /并轉(zhuǎn)換之后，形成分路，分 路數(shù)也就是載波數(shù)目，載波的頻點(diǎn)間隔是串 /并轉(zhuǎn)換后碼元寬度的倒數(shù)，因?yàn)橹挥羞@樣子信道的每個(gè)已調(diào)信號的功率譜才能正交重疊。這一點(diǎn)是關(guān)鍵的，基帶信號經(jīng)過 DPSK(差分 PSK)調(diào)制后，會將碼元映射到一個(gè)復(fù)信號上，這是 DSP處理的過程，而后這些 復(fù)信號對應(yīng)到各頻點(diǎn)上后，做 N點(diǎn)的IFFT變換， N可以通過選 擇，但不是隨便的，如果 N太少， IFFT處理會出錯，因?yàn)樵趯?shí) 際系統(tǒng)中，中頻的選取和 N的大小是有關(guān)系的， N太小，中頻取 太小，那么頻帶根本無法分割。 N太大是不顯示的，因?yàn)閭鬏數(shù)?信號也會增多。一般 N是 2的冪次，并且是選取中頻的 4倍。經(jīng)過 IFFT以后，再并 /串處理