基于PL3105的低压电力线载波通信硬件设计

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　＆　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｗｏｒｌｄ－Ｎｉｋｋｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｃｈｉｎａ

引言

目前，扩频通信技术已经在低压电力线通信上得到广泛应用，并已取得了很大的进展。ＰＬ３１０５即为内嵌直接序列扩频通信方式的一种芯片，同时内部集成了高速微处理器，适宜在智能仪表的设计中选用。

ＰＬ３１０５简介

ＰＬ３１０５采用直接序列扩频的载波通信方式，是一种帧同步方式的串行移位通信芯片，其速率为

５００ｂｐｓ／２５０ｂｐｓ可选，默认为５００ｂｐｓ，载波的中心频率为１２０ＫＨｚ。由于ＰＬ３１０５的ＣＰＵ和载波模块内嵌，所以载波通信控制可以通过配置片内寄存器来实现。

ＰＬ３１０５芯片的载波功能使能后，即可进行载波通信。载波通信工作于半双工模式，收发转换时需要进行控制，当载波收发控制位ＰＬＭ＿ＲＳ（Ｄ８Ｈ．０）＝１，载波处于发送状态，该位设置为０时，载波处于接收状态。

载波通信要求必须使用

９．６ＭＨｚ晶体。发射时载波电路对晶振信号进行分频后，每隔２ｍｓ（对应５００ｂｐｓ）产生一次载波同步信号ＨＥＡＤ，内嵌ＣＰＵ从ＩＮＴ２检测到下降沿中断后，将待发送数据位送到数据引脚Ｐ３．７，内部硬件完成数据的扩频调制后从Ｐ１．７送出。

载波信号功率放大及

接收电路设计

电力线载波通信所需的直接序列扩频调制电路已在ＰＬ３１０５芯片内集成，外围的配置电路主要包括

功率放大电路、滤波整形电路、谐振电路及二次滤波电路。功率放大电路、载波耦合电路及接收电路可

如图１所示进行设计。

功率放大电路是用来将ＰＬ３１０５芯片产生的载波调制信号进行功率放大后耦合到电力线上。载波功能被使能后，载波信号由Ｐ１７输出，波形为０￣５Ｖ的方波，包含丰富的谐波；经过推挽电路进行功率放大后，Ｐ１７点的方波信号被放大为Ｏ１

点信号。图１电路中Ｄ３、Ｄ４起钳位作用、吸收低压电力线上的尖峰干扰。载波发射功率的大小与ＶＨＨ电源幅值的高低以及电源电流提供能力密切相关，在一定范围内提高电源幅值、增大电源功率，可以有效地加大发射功率、从而延长通信距离。

基于ＰＬ３１０５的低压电力线

载波通信硬件设计

■　中科院过程工程所　张瑞红

（ａ）功率放大电路

（ｂ）载波耦合及接收电路

图１ 载波通信接口电路原理图

１２　电子设计应用 ｗｗｗ．ｅａｗ．ｃｏｍ．ｃｎ

芯片应用

由于放大后的信号Ｏ１波形富含谐波，为减少对电网的谐波污染，需进行滤波整形。图１（ｂ）中电感Ｌ１、电容Ｃ３完成整形滤波后，再通过耦合线圈Ｔ１耦合到低压电力线上，双向二极管Ｄ７起保护作用。

图１（ｂ）中包含接收回路部分。Ｒ３在接收本地强发射信号时可以有效吸收衰减。电感Ｌ２、电容Ｃ６组成并联谐振回路，谐振以中心频率为１２０ＫＨｚ进行设计，完成对有效信号的带通滤波，良好的选频回路可以有效提高载波接收灵敏度。

如选择电容Ｃ６＝１．５ｎＦ，根据并联谐振公式计算后，即可以选择合适的电感值：

（１）

以ｆ＝１２０ＫＨｚ带入计算得到Ｌ＝１．１７ｍＨ。

二极管Ｄ５、Ｄ６

的作用是将接收信号的电位钳制在±０．７Ｖ。接收信号经

过电容Ｃ４后引入到芯片内部进行混

频处理，ＳＩＧＩＮ被内部上拉后平移到２．５Ｖ±０．７Ｖ，以利于后续处理。

载波信号的后处理

并联谐振后接收的载波信号经ＳＩＧＩＮ引脚进入芯片。由于陶瓷滤波器通频带只能在中频附近，所以芯片内部将接收到的１２０ＫＨｚ信号与内部的６００ＫＨｚ本振信号进行混频，得到４８０ＫＨｚ中频带宽的差频信号。

混频信号由ＦＬＴＩ引脚输入到陶瓷滤波器的输入引脚，陶瓷滤波器滤波后再送回芯片的ＦＬＴＯ引脚进行内部限幅放大。然后由芯片内的硬件解扩电路进行有效数据的还原。数据解扩完成后将数据位锁存

图２　陶瓷滤波器接口电路

到Ｐ３．７引脚，同时产生同步信号ＨＥＡＤ。

陶瓷滤波器接口电路参见图２。陶瓷滤波器的设计参数为：中心频率ｆ＝４８０ＫＨｚ，带宽１５Ｋ；该带宽与伪码长度有关，具体关系如下：

５００ｂｐｓ：１５位伪码，载波同步捕获门限默认为３０Ｈ，带宽±７．５ＫＨｚ；

２５０ｂｐｓ：３１位伪码，载波同步捕获门限默认为６０Ｈ，带宽±７．５ＫＨｚ。

结语

按以上原理设计的载波通信产品，具有很高的接收灵敏度和很强的抗干扰能力。实验条件下，在１０００ｍ距离内，达到了令人满意的通信成功率。在外围通信电路的设计中根据实际线路阻抗状况，恰当进行并联谐振的电容电感选值、计算，选择效率更高的放大电路、调整发射功率，则可达到低成本、远距离、高可靠性的设计目标。■

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