BL6810 低压电力线载波 SoC 芯片 1. 功能概述 贝岭公司研发的 BL6810 是一款基于电力线网络的调制解调通讯 SoC 芯片，调制方式为 BPSK/DSSS；具有多频点、多速率的特点；支持信号的自适应接收；内嵌 MCU 核，支持网 络协议；兼容 EIA709.2 和 DL/T-645。 可应用于低压电力线载波远程自动抄表（AMR） ，智 能家居控制，远程路灯监控，工业控制等应用中。功能框图如下： BL6810 Block Diagram HPF PreDriver Reference Gen AGC Power monitor LPF 5M,12Bit ADC LPF 5M,12Bit DAC Crystal Oscillator Regulator IOs/Uart PLC Transceiver (BPSK,DSSS15,DSSS63) 4 carriers MCU Controller Configuration & Status Registers SPI Interface Flash Memory CRC 图 1、BL6810 的基本框图 2. 主要特点 SRAM 全集成的电力线载波通讯 SoC 芯片 全集成的模拟前端： 12bit ADC 和 DAC（采样频率位 5MHz） 片内集成模拟高性能的高通和低通滤波器 66dB 增益可调的低噪声自动增益控制模块 输入灵敏度 5uV 高性能发射器 高性能嵌入式 DSP，特点包括： 4 个子载波：131.58k/263.16k/312.5k/416.67kHz BPSK，DSSS-15，DSSS-63 可编程调制 三种通讯速率: 5.48kbps/783bps(15 DSSS)/87bps(63 DSSS) 自适应接收技术和冗余发送技术 支持过零点传输 RS 纠错编解码和支持 CRC16 校验 全兼容 EIA709.2 和 DL/T-645 片上集成嵌入式 MCU 核 RS Codec Flash Controller 高性能 MCU 核 4k 字节 SRAM 28k 字节 Flash 存储器 片上外设： 主机控制器 UART 接口--- SoC 模式 SPI 外部控制接口--- Device 模式 高速 flash 存储器接口，用于程序代码的烧入 看门狗定时器 5V 单电源供电，片内集成 1.8V 的线性稳压器为数字核心电路供电 芯片工作温度范围：-40ºC~85 ºC LQFP32 封装 3. 管脚说明 引脚 编号 引脚名称 引脚 类型 引脚说明 1 Test I Testing mode: 1 for test mode, 0 for normal operation This pin has internal pull down resistor （53kOhms） 2 Mode I 0: device mode, 1: SoC mode 3 Rstb I Pin reset, active low 6 TDO O SoC mode: Flash programming interface Device mode: not used 7 TDI IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. SoC mode: Flash programming interface Device mode: not used 8 TCK IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. SoC mode: Flash programming interface Device mode: not used 9 TDS IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. SoC mode: Flash programming interface，复用 P37 Device mode: not used 10 ZX IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Zero crossing input 11 TXD IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. UART Output，复用 P31 12 RXD IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. UART Input，复用 P30 13 INT IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Device mode：Interrupt, active low SoC：not used，P36 14 SDO IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Device mode：SPI interface； SoC mode：P35 15 SDI IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Device mode：SPI interface； SoC mode：P34 16 SCS IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Device mode：SPI interface； SoC mode：P33 17 SCK IO Open-drain output，it needs 4.7kOhms pull-up resistor. Device mode：SPI interface； SoC mode：P32 18 DGND IO Digital ground 19 DVDD IO Digital power supplier 22 OSCI I Crystal input 23 OSCO O Crystal output 24 NC_P IO Not connected 25 NC3 IO Not connected 26 NC_N IO Not connected 27 TX O Signal output 28 AVDD IO Analog power supplier 29 AGND IO Analog ground 30 VREF IO Voltage reference，外接 120k 欧姆电阻到地用来提 供内部电路所需的偏置电流 31 RXP I Signal input（差分正端） 32 RXN I Signal input（差分副端） Note: pad4,5,20,21 not used. 22 21 20 SCK OSCI 23 DGND OSCO 24 DVDD NC_P 4. 封装图 19 18 17 NC3 25 16 SCS NC_N 26 15 SDI TX 27 14 SDO AVDD 28 13 INT AGND 29 12 RXD VREF 30 11 TXD RXP 31 10 ZX RXN 32 9 TDS MODE RSTB 4 5 6 7 8 TCK 3 TDI 2 TDO 1 TEST BL6810 5. 性能指标 5.1 符号 VDD Vpin Tstg 5.2 符号 VDD IDD VIL VIH IIL 最大额定值 参数说明 电源电压 管脚电压 存储温度 数值 -0.3 ~ 6.0 Vss-0.3 ~ Vdd+0.3 -55 ~ 150 单位 V V °C 直流电气参数及定义 参数 符号 电源电压 VDD 工作频率 F 工作温度 TA 工作电流 I 参数说明 工作电压 工作电流 输入低电平 输入高电平 输入漏电流 规格 Typ. Max. 4.5 5 5.5 V 20 MHz +85 C mA -40 条件 最小值 4.5 VSS 0.7VDD VIL=0V 单位 Min. 40 参数值 典型值 最大值 5 5.5 40 0.3VDD VDD 5 单位 V mA V V uA IIH VIH=5.0V 5 uA Pullup VOL 输出低电平 1K 欧姆 1V V Pullup VOH 输出高电平 1K 欧姆 VDD-1V V note：管脚 1（test）上有下拉电阻，输入高漏电最大有 150uA； 管脚 6（TDO）是正常的输出管脚，其它的都是 open-drain 输出管脚。 5.3 输入高漏电 工作参数 符号 参数说明 条件 最小值 BWbpf VINmin VINmax AGC_range AGC_step Voffs_RX_in Voffs_RX_in Voutmax 接收带通滤波 器带宽 输入灵敏度 最大输入幅度 自动增益控制 范围 自动增益最小 Step 输入 offset 输入 offset 输出幅度 HD2 二次谐波 HD3 三次谐波 CLTX_OUT RLTX_OUT Fc DataRate 频谱分析仪 扫频 差分输入 差分输入 110~550 0 AGC = 66dB AGC = 0dB Rload=1MOhms Fc=131.58kHz 263.16kHz 312.5kHz 416.67kHz Fc=131.58kHz 263.16kHz 312.5kHz 416.67kHz 5 400 66 dB 0.1 20 dB mV mV V 40 dB 40 dB 400 pF Ohms 载波频率 BPSK DS15 DS63 ±1.5 200 131.58 263.16 312.5 416.67 5.48K 783 87 6. MCU 说明 BL6810 中采用的是增强型 8051（参考 Verisilicon datasheet）。 单位 KHz uV mV 2.2 输出容性负载 输出阻性负载 数据速率 参数值 典型值 最大值 KHz bps 7. 通信模块说明 由图２所示，BL6810 信号通路上的主要模拟模块包括高通滤波器 （HPF），可变增益放大器（VGA），低通滤波器（LPF），模数转换器（ADC）， 数模转换器（DAC），输出低通滤波器（TX-LPF）和 ClassＡＢ输出驱动电 路。RX 部分：HPF 用于滤除 100KHz 以下的低频信号，VGA 提供 0~66dB 的电压增益，LPF 是抗混叠滤波器，ADC 将模拟信号量化为 12bit 供 DIGITAL 模块处理；TX 部分：数字发送模块提供的 12bit 数字信号经过 DAC 转换为 模拟信号，送到输出低通滤波器滤波后，由 ClassAB 输出驱动电路将载波信 号输出到片外。 RXP HPF AGC LPF 12bit ADC 12bit data Class AB Pre-Driver LPF 12bit DAC TX data RXN TX 图２、ＢＬ６８１０模拟前端 如图３所示，ＡＤＣ输出的１２位数字信号首先经过高性能带通滤波器 滤除带外噪声后，进行信号降采样，降采样后的信号及其９０度移相信号送 入ｃｏｓｔａｓ环进行环路锁定，锁定后的信号经过内插和匹配滤波器的处 理后送入ｆｒａｍｅ ｌｏｃｋ模块提取接收信号。最后把接收到的信号送 入ＭＣＵ进行处理。发送信号相对比较简单，ＭＣＵ把需要发送的数据写入 通信发送模块，然后把数据加载到载波上，经过成型滤波器后把信号送入模 拟前端的ＤＡＣ中，经过ＬＰＦ和Ｐｒｅ－ｄｒｉｖｅｒ输出到片外。 12bit data Bandpass Filter decimation interpolation matching filter costas loop （bit lock） Carrier1 hilbert filter Frame lock Carrier 2 frame data2 Carrier 3 frame data3 Carrier 4 frame data4 carrier 1,2,3,4 12bit txdata frame data1 Match filter frame data Gen MCU data 图３、ＢＬ６８１０通信接收模块 8. SPI 接口设计 串行外围设备接口（SPI）是摩托罗拉开发的四线串行通信协议，SPI 协议 是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，下图为 设备的 SPI 接口示意图。该接口在工作时，主设备通过提供移位时钟和从使能信 号来控制信息的流动。从使能信号是一个可选的高低电平，它可以激活从设备（在 没有时钟提供的情况下）的串行输入和输出。在没有专门的从使能信号的情况下， 主从设备之间的通信则由移位时钟的有无来决定，在这种连接方式下，从设备必 须自始至终保持激活状态，而且从设备只能是一个，不能为多个。 端口描述： SPI_IP SCS RST SCK CLK SI ADR[6:0] SO DBI[7:0] SOE DBO[7:0] WENA 端口名 输入/ 位宽 同/异步 功能描述 出 RST CLK ADR IN IN OUT 1 1 7 异步 同步 同步 DBI IN 8 同步 DBO OUT 8 同步 WENA OUT 1 同步 内部系统复位信号 主时钟（10MHz） 外部可访问寄存器组的地址总线输 入 外部可访问寄存器组的数据总线输 出 外部可访问寄存器组的数据总线输 入 外部可访问寄存器组的同步写使能 SCS SCK SI SO SOE IN IN IN OUT OUT 1 1 1 1 1 异步 异步 异步 同步 同步 SPI 片选输入 SPI 串行时钟输入 SPI 串行数据输入 SPI 串行数据输出 SPI 串行数据输出使能控制 逻辑功能描述： SPI BYTE WRITE OPERATION SCS 1 2 3 5 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 SCK SDI A6 A5 A4 A3 A2 A1 D6 D7 A0 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SPI BYTE READ OPERATION SCS 1 2 3 5 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 SCK SDI SDO 9. 寄存器说明 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 在ＳｏＣ模式下，ＭＣＵ通过访问ＳＦＲ地址中的 0xd9 和 0xd8 来访问 与通信相关的寄存器。0xd9 中存储的是通信寄存器空间的地址；0xd8 中存 储的是通信寄存器空间读出或写入的数据。另外通信寄存器空间有写保护， 在进行写操作前，应先往 0xd9 中写入 0xff，0xd8 中也写入 0xff，这样就可 以解除寄存器的写保护。发送数据时，MCU 需要向 0xda 中写入需要发送的 数据。在 Device 模式下，发送数据写入通信寄存器 0x13 地址中。 9.1 芯片版本号 寄存器名称 Version ID 地址 0x00 初始值 0xa1 类型 RO 芯片版本号 地址 初始值 类型 0x02 0x00 RO 寄存器名称 地址 初始值 类型 AGC_CTR 0x09 0x00 RW 地址 初始值 类型 0x10 0x00 RW 地址 初始值 类型 描述 9.2 电力线周期值 寄存器名称 Line period 描述 电力线信号的一个周期的时间， 0.1ms/LSB 9.3 自动增益控制 描述 [7]:自动/手动控制，1：手动控制，0： 自动控制 [4:0]: AGC 增益；1LSB 代表 2dB 9.4 发送控制 寄存器名称 XT_CTRL 描述 [7]:发送/接收，“1”为发送 [6:3]:reserved [2]:Power down DAC [1]:过零点发送 [0]:火线更新发送 9.5 发送载波/速率选择 寄存器名称 XT_SEL 0x11 0x10 RW 描述 [7:4]:载波选择 [4]:131.58kHz [5]:263.16kHz [6]:312.50kHz [7]:416.67kHz [6:3]:reserved [1:0]:速率选择 00:5.48Kbps，BPSK 01:783bps, DSSS15 10:87bps, DSSS63 11:reserved 9.6 发送幅度控制 寄存器名称 XT_AMP 地址 初始值 类型 0x12 0x80 RW 地址 初始值 类型 0x13 0x00 RW 地址 初始值 类型 描述 0x00~0xff 0x00 最小 0xff 最大 9.7 发送数据 寄存器名称 XT_DATA 描述 Device 模式下，发送数据写入此寄存 器 9.8 发送状态寄存器 寄存器名称 XT_STATUS 0x14 0x00 RW 9.9 接收状态 寄存器名称 地址 初始值 类型 Rec_Status 0x25 9.10载波 1 的 frame 相位 寄存器名称 地址 FPHASE_Carrier1 0x26 0x00 初始值 0x00 RO 描述 [7]: 发送结束 [6:3]:reserved [2]:发送成功 [1]:发送超时 [0]:发送数据缓存空 描述 [7]:reserved [6]:接收到 DSSS63 扩频信号 [5]:接收到 DSSS15 扩频信号 [4]:接收到 BPSK 信号 [3]:接收到载波 4 的中断 [2]:接收到载波 3 的中断 [1]:接收到载波 2 的中断 [0]:接收到载波 1 的中断 类型 描述 RO 载波 1 的 frame 相位 9.11载波 1 的中断状态信息 寄存器名称 地址 初始值 类型 RO 描述 [7]:过零点接收时，接收到帧头信号 [6]:火线更新时，接收到帧头信号 [5]:信号帧尾接收失效 [4]:信号帧头接收失败 [3]:信号帧尾接收成功 [2]:数据接收中 [1]:检测到帧头信号 [0]:检测到载波信号 INTMSG_Carrier1 0x27 0x00 9.12载波 1 的接收数据 寄存器名称 DATA_Carrier1 地址 0x28 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 1 接收到的数据 初始值 类型 0x00 RO 9.13载波 1 接收到的奇偶校验位 寄存器名称 地址 Parity_Carrier1 0x29 描述 载波 1 接收到的奇偶校验位 [7:3]:Reserved [2]:奇偶校验位 [1:0]:2’b01（如果接收正确） 9.14载波 2 的 frame 相位 寄存器名称 地址 FPHASE_Carrier2 0x2a 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 2 的 frame 相位 9.15载波 2 的中断状态信息 寄存器名称 地址 初始值 类型 RO 描述 [7]:过零点接收时，接收到帧头信号 [6]:火线更新时，接收到帧头信号 [5]:信号帧尾接收失效 [4]:信号帧头接收失败 [3]:信号帧尾接收成功 [2]:数据接收中 [1]:检测到帧头信号 [0]:检测到载波信号 INTMSG_Carrier2 0x2b 0x00 9.16载波 2 的接收数据 寄存器名称 DATA_Carrier2 地址 0x2c 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 2 接收到的数据 初始值 类型 9.17载波 2 接收到的奇偶校验位 寄存器名称 地址 描述 Parity_Carrier2 0x2d 0x00 RO 载波 2 接收到的奇偶校验位 [7:3]:Reserved [2]:奇偶校验位 [1:0]:2’b01（如果接收正确） 9.18载波 3 的 frame 相位 寄存器名称 地址 FPHASE_Carrier3 0x2e 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 3 的 frame 相位 9.19载波 3 的中断状态信息 寄存器名称 地址 初始值 类型 RO 描述 [7]:过零点接收时，接收到帧头信号 [6]:火线更新时，接收到帧头信号 [5]:信号帧尾接收失效 [4]:信号帧头接收失败 [3]:信号帧尾接收成功 [2]:数据接收中 [1]:检测到帧头信号 [0]:检测到载波信号 INTMSG_Carrier3 0x2f 0x00 9.20载波 2 的接收数据 寄存器名称 DATA_Carrier3 地址 0x30 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 3 接收到的数据 初始值 类型 0x00 RO 9.21载波 3 接收到的奇偶校验位 寄存器名称 地址 Parity_Carrier3 0x31 描述 载波 3 接收到的奇偶校验位 [7:3]:Reserved [2]:奇偶校验位 [1:0]:2’b01（如果接收正确） 9.22载波 4 的 frame 相位 寄存器名称 地址 FPHASE_Carrier4 0x32 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 4 的 frame 相位 9.23载波 4 的中断状态信息 寄存器名称 地址 初始值 类型 0x00 RO INTMSG_Carrier4 0x33 描述 [7]:过零点接收时，接收到帧头信号 [6]:火线更新时，接收到帧头信号 [5]:信号帧尾接收失效 [4]:信号帧头接收失败 [3]:信号帧尾接收成功 [2]:数据接收中 [1]:检测到帧头信号 [0]:检测到载波信号 9.24载波 4 的接收数据 寄存器名称 DATA_Carrier4 地址 0x34 9.25载波 4 接收到的奇偶校验位 寄存器名称 地址 Parity_Carrier2 0x35 9.26接收状态及载波接收屏蔽 寄存器名称 地址 初始值 0x00 类型 描述 RO 载波 4 接收到的数据 初始值 类型 0x00 RO 初始值 类型 STATUS_MASK_Carrier 0x36 0x00 RW 9.27火线更新接收状态 寄存器名称 地址 初始值 类型 FRec_Status 0x37 0x00 9.28接收信号信噪比计算控制状态寄存器 寄存器名称 地址 初始值 SNRCAL_CTRL_STATUS 0x40 0x00 RO 类型 RW 描述 载波 4 接收到的奇偶校验位 [7:3]:Reserved [2]:奇偶校验位 [1:0]:2’b01（如果接收正确） [7]: [6]: [5]: [4]: [3]: [2]: [1]: [0]: 描述 载波 4 接收中 载波 3 接收中 载波 2 接收中 载波 1 接收中 屏蔽载波 4 接收 屏蔽载波 3 接收 屏蔽载波 2 接收 屏蔽载波 1 接收 描述 [7]:reserved [6]:接收到 DSSS63 扩频信号 [5]:接收到 DSSS15 扩频信号 [4]:接收到 BPSK 信号 [3]:接收到载波 4 的中断 [2]:接收到载波 3 的中断 [1]:接收到载波 2 的中断 [0]:接收到载波 1 的中断 描述 [7]:reserved [5:4]:信噪比输出载波选择 00：载波 1 01：载波 2 10：载波 3 11：载波 4 [3:0]:信噪比计算结束指示 [3]:载波 4 信噪比计算结束 [2]:载波 3 信噪比计算结束 [1]:载波 2 信噪比计算结束 [0]:载波 1 信噪比计算结束 9.29接收信号能量 寄存器名称 POS[15:8] POS[7:0] 地址 0x41 0x42 初始值 0x00 0x00 类型 RO 信号能量 RO 信号能量 描述 9.30接收噪声能量 寄存器名称 PON[15:8] PON[7:0] 地址 0x43 0x44 初始值 0x00 0x00 类型 RO 信号能量 RO 信号能量 描述 9.31CRC 初始化寄存器 寄存器名称 地址 初始值 类型 描述 CRC_INIT 0x45 0x00 RW 9.32CRC 模块输入数据 寄存器名称 CRC_DATAIN 地址 0x46 初始值 0x00 类型 描述 RW 9.33CRC 模块输入数据 9.34CRC 结果寄存器 寄存器名称 CRC_VALUE[15:8] CRC_VALUE [7:0] 地址 0x47 0x48 初始值 0x00 0x00 类型 RO CRC 结果 RO CRC 结果 9.35RS 数据编解码寄存器 寄存器名称 地址 RSDATA[0] 0x4a RSDATA[1] 0x4b RSDATA[2] 0x4c RSDATA[3] 0x4d RSDATA[4] 0x4e RSDATA[5] 0x4f RSDATA[6] 0x50 RSDATA[7] 0x51 RSDATA[8] 0x52 RSDATA[9] 0x53 初始值 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 类型 RW RW RW RW RW RW RW RW RW RW [7:1]:reserved [0]:为高时，CRC 模块初始化 描述 描述 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RS 编码中所需的原始数据 RSDATA[10] RSDATA[11] RSDATA[12] RSDATA[13] RSDATA[14] RSDATA[15] RSDATA[16] RSDATA[17] RSDATA[18] RSDATA[19] 0x54 0x55 0x56 0x57 0x58 0x59 0x5a 0x5b 0x5c 0x5d 9.36RS 编解码控制寄存器 寄存器名称 地址 RS_CTRL 10. 应用线路图 0x5e 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 RW RW RW RW RW RW RW RW RW RW 初始值 类型 0x00 RW RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 RS 编码中产生的编码数据 描述 [7]:RS 缓冲器清零 [6]:编码使能 [5]:解码使能 [4]:编码结束指示 [3]:解码结束指示 [2]:解码错误指示 [1:0]:reserved