PLCi38-I DATA SHEET e EASTSOFT EASTSOFT® PLCi38-I 电力线载波扩频通信芯片 – 应用开发指南 R&D GUIDE FOR PLCi38-I APPLICATION 目 录 1 PLCi38-I 扩频通信芯片概述----------------------------------------------------------------- 3 1.1 PLCi38-I 芯片特点------------------------------------------------------------------------------- 3 1.2 PLCi38-I 主要应用------------------------------------------------------------------------------- 4 1.3 PLCi38-I 引脚图---------------------------------------------------------------------------------- 4 1.4 引脚定义------------------------------------------------------------------------------------------- 5 1.5 主要电气特性------------------------------------------------------------------------------------ 6 1.6 封装信息------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2 引脚描述---------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.1 晶体振荡器--------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.2 185kHz 方波信号输出--------------------------------------------------------------------------- 8 2.3 终端设备数据输入 RX 和终端设备数据输出 TX---------------------------------------- 10 2.3.1 电气特性---------------------------------------------------------------------------------------10 2.3.2 数据通信标准--------------------------------------------------------------------------------10 2.4 访问本地数据指示 RXLED 和终端设备发送数据指示 TXLED------------------------- 11 2.4.1 访问本地数据指示 RXLED-------------------------------------------------------------- 11 2.4.2 终端设备发送数据指示 TXLED-------------------------------------------------------- 11 2.5 扩频调制信号输入／输出（SSCIN／SSCOUT）--------------------------------------------12 3 信号耦合电路-----------------------------------------------------------------------------------------14 3.1 设计目标---------------------------------------------------------------------------------------------14 3.2 电路组成---------------------------------------------------------------------------------------------14 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -1- PLCi38-I DATA SHEET 14 3.2.1 电路元器件说明-----------------------------------------------------------------------------15 3.2.2 滤除 220VAC／50Hz 的交流信号----------------------------------------------------------3.2.3 抑制瞬时电压冲击--------------------------------------------------------------------------15 3.2.4 抑制通频带内的电压冲击----------------------------------------------------------------16 3.2.5 信号耦合电路对发送电路和接收电路的影响-------------------------------------- 16 4 信号发送部分--------------------------------------------------------------------------------------- 17 4.1 发送电路组成------------------------------------------------------------------------------------- 17 4.2 发送电路的近似分析--------------------------------------------------------------------------- 18 4.3 主要技术指标------------------------------------------------------------------------------------ 19 5 信号接收部分------------------------------------------------------------------------------------------22 5.1 耦合变压器次级回路的选频特性----------------------------------------------------------- 22 5.2 带通滤波器（BPF）特性------------------------------------------------------------------------23 5.3 低功耗窄带模拟前端 AFE3361-----------------------------------------------------------------24 5.3.1 AFE3361 描述----------------------------------------------------------------------------------24 5.3.2 AFE3361 主要特点---------------------------------------------------------------------------25 5.3.3 最大额定值-----------------------------------------------------------------------------------25 5.3.4 电气特性------------------------------------------------------------------------------------- 26 5.3.4 AFE3361 的典型应用电路-----------------------------------------------------------------26 6 电源系统------------------------------------------------------------------------------------------------26 7 典型的 PLC 载波通信系统--------------------------------------------------------------------- 27 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -2- PLCi38-I DATA SHEET 1 PLCi38-I 扩频通信芯片概述 EASTSOFT® PLCi38-I 是专门为电力线介质作为通信信道而设计的扩频通 信芯片。其核心技术采用了软件无线电的设计和开发方案，在信号的捕获、 跟踪、和信号相关处理上，嵌入了模式识别、模糊控制和现代数字信号处理 技术，其通信能力和可靠性达到了广泛实际应用的程度。 PLCi38-I 芯片实现了基于电力线通信网络的电子终端设备之间可靠的数 据交换。应用层通信协议采用 EASTSOFT® SSC16 通信协议。 PLCi38-I 芯片应用在电力线载波通信编程器（抄控器 PRO16-I 型）或集中 器中，为电力行业或其它公共事业部门提供了一种最佳的 AMR 的解决方案。 1.1 PLCi38-I 芯片特点 扩频通信技术； 软件相关器和匹配滤波器，63 位码序列； 高性能数字信号处理技术； 高效率前向纠错； BFSK 调制、半双工通信； 码速率高达 20.8k 波特； 工作方式为主动方式（主动发送） ； 三层网络结构：物理层（Physical Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、 应用层（Application Layer） 。其中应用层通信协议基于 EASTSOFT® SSC16 通信协议。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -3- PLCi38-I DATA SHEET 1.2 PLCi38-I 主要应用范围 自动读表 AMR 家居自动化 报警和安全监控系统 1.3 PLCi38-I 引脚图 PLCi38-I - 20/SP EASTSOFT VDD SSCIN NC NC NC NC NC VSS CLKIN CLKOUT NC PWM185K SSCOUT NC NC NC NC NC NC NC NC NC VDD VSS RX TX RXLED TXLED 28-引脚 PDIP 封装 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -4- PLCi38-I DATA SHEET 1.4 引脚定义 引脚 引脚名称 描述 1 VDD 电源，+5V。 2 SSCIN 扩频调制信号输入 3 NC 4 NC 5 NC 6 NC 7 NC 8 VSS 参考地 9 CLKIN 晶体振荡器输入，20MHz。 10 CLKOUT 晶体振荡器输出，20MHz。 11 NC 12 PWM185K 185kHz 频率方波信号输出，可作为模拟前端的本振信号源。 13 SSCOUT 扩频调制信号输出，中心频率 f0=270kHz，带宽 BW=30kHz。 14 NC 15 TXLED 载波通信（发送）指示，高电平有效，通常可用于 LED 显示。 16 RXLED 载波通信（接受）指示，高电平有效，通常可用于 LED 显示。 17 TX 终端设备数据输出，异步串行通信，速率 9600bps。 18 RX 终端设备数据输入，异步串行通信，速率 9600bps。 19 VSS 参考地 20 VDD 电源，+5V。 21 NC 22 NC 23 NC 24 NC 25 NC 26 NC 27 NC 28 NC © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -5- PLCi38-I DATA SHEET 1.5 主要电气特性 参数名称 参数值 电源电压 + 4.5V～+ 5.5V 输入输出引脚电压范围 - 0.3V～+ 7.8V 输出引脚最大输出电流 25mA 输入引脚最大吸收电流 25mA 最大功耗 0.05W 工作温度范围 - 40ºC～+ 85ºC 1.6 封装信息 B B1 C4 α B2 C A2 A A3 A1 C1 C3 C2 单位 毫米 Millimeters 英寸 Inches 尺寸 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值 A 3.56 3.81 4.06 0.140 0.150 0.160 A1 0.38 A2 3.18 3.30 3.43 0.125 0.015 0.130 0.135 A3 3.18 3.30 3.43 1.345 1.365 1.385 B 7.09 7.80 8.51 0.279 0.307 0.335 B1 7.62 7.94 8.26 0.300 0.313 0.325 B2 8.13 8.89 10.92 0.320 0.350 0.430 C 34.16 34.67 35.18 1.345 1.365 1.385 C1 1.02 1.33 1.65 0.040 0.053 0.065 C2 0.41 0.48 0.56 0.016 0.019 0.022 C4 0.20 0.29 0.38 0.008 0.012 0.015 α(º) 5 10 15 5 10 15 C3 2.54 0.100 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -6- PLCi38-I DATA SHEET 2 引脚描述 2.1 晶体振荡器 PLCi38-I 时钟频率为 20MHz。PLCi38-I 的内部时基信号由内部的振荡电路 和外部的石英晶体组成的振荡器提供，晶体振荡电路如图 2-1 所示。 CLKIN G80 CLKOUT C1 CLK 9 10 C2 PLCi38-I 图 2-1 晶体振荡电路 由于 PLCi38-I 的初始信号捕获的基准时钟完全依赖系统的时基信号，因 此，对系统的时钟频率的稳定度要求相对较高。具体参数要求见表 2-1。 表 2-1 晶体振荡器参数要求 器件 参数要求 C1 15pF C2 15pF 石英晶体谐振器 标称频率 频差 负载电容 振荡方式 20.000000MHz ±10ppm 12.5pF 基频 AT 注意：在布板时，应尽量使石英晶体谐振器和负载电容靠近 CLKIN 和 CLKOUT 引脚，并将石英晶体谐振器外壳接地，其引脚周围应有大面积铺铜接地区域， 以取得抑制各种干扰的效果。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -7- PLCi38-I DATA SHEET 2.2 185kHz 方波信号输出 由 PLCi38-I 内部产生的频率为 185kHz 的方波信号，通常作为通信系统模 拟前端 IC 的本地振荡信号源。该信号的周期为 5.4μs，占空比为 1:1，高电平 为 VCC，是一个标准的频率为 185kHz 的方波信号。 如果使用它作为模拟前端 IC 的本地振荡信号源，推荐使用一个外部带通 滤波器（L63、C63）来提取 185kHz 基频信号，抑制基频外的谐波分量。另外， 需要根据模拟前端对本振信号幅度的要求，适当调整限流电阻 R63。 典型的模拟前端本振信号形成电路如图 2-2 所示。 AFE LO I nput R63 PWM185K 12 2.2k L63 33uH C63 22nF C34 1nF GND 图 2-2 PLCi38-I 典型的模拟前端本振信号形成电路 器件参数说明： 器件名称 参数值 功能描述 C34 1nF 高频滤波 R63 2.2kΩ 限流电阻 C63 22nF 由电容 C63 和电感 L63 组成并联谐振电路， 实现带通滤波的功用，其谐振频率为： L63 33μH f0 = 1 2π LC ≈ 186kHz PWM185K 方波信号，以及经过带通滤波器滤波后的波形和频谱如图 2-3 所示。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -8- PLCi38-I DATA SHEET a) PWM185K 波形 1 0.00s 2.00V/ Freq(1): 185.2kHz Source 1 b) Clear Meas Frequency Trig’d 1 2.44V Trig’d 1 1.24V Stop 1 1.24V 5.02V Period Peak-Peak AFE LO Input 波形 1 0.00s 200mV/ Freq(1): 185kHz Source 1 c) Pk-Pk(1): 5.00μs/ Clear Meas Pk-Pk(1): Frequency 5.00μs/ 582mV Period Peak-Peak AFE LO Input 频谱 0.00s 100μs/ 185kHz 555kHz FFT Sample Rate = 2.00MSa/s Sources 1 Span 1.00MHz Center 500kHz 图 2-3 模拟前端本振信号波形图 Present More FFT © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 -9- PLCi38-I DATA SHEET 2.3 终端设备数据输入 RX 和终端设备数据输出 TX 2.3.1 电气特性 终端设备数据输入 RX 和终端设备数据输出 TX 端口是电力线载波通信系 统与数据终端设备之间的唯一接口。RX 和 TX 工作在异步串行通信模式，使 用 NRZ 格式。其电气特性见表 2-2。 表 2-2 引脚 TX RX RX 和 TX 的电气特性 参数 描述 最小值 典型值 最大值 单位 VOL 输出低电平 0.6 V VOH 输出高电平 VDD - 0.7 VIL 输入低电平 VSS 0.15VDD V VIH 输入高电平 2.0 VDD V V 该接口通常与外部的智能设备连接。 2.3.2 数据通信标准 PLCi38-I 的数据终端通信协议是 EASTSOFT® SSC16 协议，其目的是实现与 遵循该标准的智能仪器仪表的无缝连接，简化整个系统的结构、降低系统的 成本、提高系统的可靠性。其主要特点包括： 字节格式：1 位起始位、8 位数据位、无校验、1 位停止位； 通信速率：9600bps； 数据通信协议：符合 EASTSOFT®SSC16 通信协议。关于与数据终端 设备之间的数据交换，参见 PLCi38-I Application Note 2122。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 10 - PLCi38-I DATA SHEET 2.4 访问本地数据指示 RXLED 和终端设备发送数据指示 TXLED 2.4.1 访问本地数据指示 RXLED 当远程网络节点访问本地数据时，如果 PLCi38-I 正确地接收到访问本地 节点的有效数据帧（来自 SSCIN 引脚输入的扩频调制信号）时，则通过 RXLED 引脚输出高电平来指示远程网络节点正在访问本地数据的通信行为。 该引脚通常用于控制 LED 显示。RXLED 的电气特性见表 2-3 描述。RXLED 的应用电路原理如图 2-4 所示。 2.4.2 终端设备发送数据指示 TXLED 当数据终端设备请求 PLCi38-I 发送数据时，如果 PLCi38-I 正确地接收到数 据终端设备的请求发送数据帧（来自 RX 引脚输入的有效响应帧），则 PLCi38-I 将 MAC 数据帧经过扩频调制后，通过 SSCOUT 引脚发送至通信网络，并通过 TXLED 引脚输出高电平来指示本地数据终端设备请求数据发送的有效性。 该引脚通常用于控制 LED 显示。TXLED 的电气特性见表 2-5 描述。TXLED 的应用电路原理如图 2-4 所示。 表 2-3 引脚 TXLED RXLED RXLED 和 TXLED 的电气特性 参数 描述 最小值 典型值 最大值 单位 0.6 V VOL 输出低电平 VOH 输出高电平 VDD - 0.7 VIL 输入低电平 VSS 0.15VDD V 输入高电平 2.0 VDD V VIH V HL31 16 RXLED R31 0.62k-2. 2k GREEN HL30 15 PLCi38-I 图 2-4 TXLED R30 0.62k-2. 2k RED RXLED 和 TXLED 的典型应用电路 注释：RXLED 和 TXLED 可根据实际应用情况进行取舍，限流电阻值可根据 LED 的要求进 行选择，推荐 0.62kΩ~ 2.2kΩ 之间。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 11 - PLCi38-I DATA SHEET 2.5 扩频调制信号输入／输出（SSCIN／SSCOUT） PLCi38-I 采用直接序列扩频通信方式，63 位伪随机编码。 所 谓扩 频通信 这一 术语， 就是 扩展频 谱通 信技术 （Spread Spectrum Communication）的含义，它的基本技术特征是被传输的信息所占用的信号带 宽远大于信息本身的带宽。另外，扩频通信还具有如下特征: 它是一种数字传输方式； 在发送端，信号带宽的展宽是通过高码率的伪随机编码对传输信息 进行调制来实现的； 在接收端，需要使用相同的伪随机编码对扩频信号进行相关解调来 还原被传输的信息。 扩频通信的理论依据是信息论中关于信道容量的著名定理，即香农 （C.E.Shannon）公式： C = W log 2 (1 + S ) N 式中， C – 信道容量（用信息传输速率表示） ； W – 信号带宽； S – 信号功率; N – 噪声功率； © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 12 - PLCi38-I DATA SHEET 香农公式表明：当信号的传输速率 C 一定时，信号带宽 W 和信噪比 S/N 是可以互换的，即可以通过增大信号带宽来降低对信噪比的要求。当带宽增 大到一定程度，信号功率可以接近噪声功率，甚至信号被噪声淹没的情况下， 仍然能保持可靠的通信。扩频通信就是以宽带传输技术来换取信噪比上的益 处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。 扩频通信具有以下优点： 抗干扰性强，误码率低； 抗多径干扰； 保密性强； 功率谱密度低，具有隐蔽性和截获概率低； 易于实现码分多址。 处理增益 GP，亦称扩频增益（Spreading Gain），是扩频通信系统的重要 性能指标。处理增益 GP 定义为频谱扩展前的信息带宽 ΔF 与频带扩展后的信 号带宽 W 之比，即 GP = W ΔF 处理增益 GP 反映了扩频通信系统对信噪比的改善程度。 PLCi38-I 扩频通信系统的扩频增益： G P = 10 log W 20.83 × 10 3 = 10 log ≈ 18dB ΔF 330 扩频调制信号输入／输出（SSCIN／SSCOUT）的详细介绍将在发送部分 和接收部分中，结合具体的电路一起进行详细描述。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 13 - PLCi38-I DATA SHEET 3 信号耦合电路（Signal Coupling Circuit） 3.1 设计目标 信号耦合电路是将载波通信单元与电力线（Powerline）连接的关键单元。 其主要功能包括： 滤除 220VAC／50Hz（或 110VAC／60Hz）的交流信号； 抑制瞬时电压冲击（如：雷击造成的过电压、电网电压的浪涌和尖 峰电压、及静电放电电压等）； 能够高效率地将发射信号注入电力线，保证在电力线上的有效信号 功率。满足相关标准对输出信号电平和谐波电平的要求； 对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收； 最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，具有良好的带通滤波的 功能。 3.2 电路组成 根据通信系统的载波中心频率 fc＝270kHz 的要求，信号耦合电路的设计 如图 3-1 所示。 TX Path C4 LINE RX Path T2 MAINS RV1 14K420 NEUTRAL 20nF 1kV C5 F1 P6KE22CA 1:1 33uH 20nF 1kV GND 图 3-1 信号耦合电路 3.2.1 电路元器件说明 在信号耦合电路中，电容 C4 和 C5 滤除交流 50Hz 信号，采用隔离变压器 T2 使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容 C4、C5 和隔离变压器的次 级线圈电感 L 构成谐振电路，实现带通滤波器（谐振频率为载波中心频率） 的功能。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 14 - PLCi38-I DATA SHEET 3.2.2 滤除 220VAC／50Hz 的交流信号 考虑到 220V／50Hz 交流信号大部分降落在电容 C4 和 C5 上，其通过 50Hz 信号电流（亦即流过次级线圈）近似为： I rms ≅ 220Vrms ω ( C4C5 ) = 220Vrms × 2π × 50Hz × 10 × 10 − 9 ≈ 0.7mArms C4 + C5 在次级线圈上形成的 50Hz 信号电压近似为： Vrms ≅ I rms ωL = 0.7mArms × 2π × 50Hz × 33 μH ≈ 7.25 μVrms 3.2.3 抑制瞬时电压冲击 瞬时电压冲击（如：括雷击造成的过电压冲击、电网电压的浪涌和尖峰 电压、某些用电设备所产生的尖峰干扰脉冲、工业火花，及静电放电电压等） 会对电路系统起到破坏和干扰作用。因此，必须采取严格的防护和抑制措施。 在信号耦合电路中，采用氧化锌压敏电阻器件对瞬时电压冲击进行抑制。 压敏电阻的标称电压应按下式选择： AC rms = 1.4 × 2 × 220V × 110% ≈ 480V 考虑到压敏电阻对于雷击造成的过电压的吸收，最大通流容量应大于 5000A。 根据分析，压敏电阻 RV1 选择 MYG3-14K420，其性能如下： 型号 MYG3-14K420 最大允许回路电压 最大限制电压 （8／20us） V1mA(V) ACrms(V) DC(V) VC(V) IP(A) 一次(A) 二次(A) 680 420 560 1120 50 4500 2500 压敏电压 最大通流容量 （8／20us） © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 15 - PLCi38-I DATA SHEET 3.2.4 抑制通频带内的电压冲击 在 信 号 耦 合 电 路 中 ， 利 用 双 向 瞬 态 电 压 抑 制 器 （ Transient Voltage Suppressor，即 TVS 管）对通频带内的冲击电压进行抑制。 由于通信系统的发送部分的最大电源电压限制在 15V 之内，因此最大发 送信号的峰值电压为 30V。因此，TVS 管的选择如下： 选取最大反向工作电压 VRM = 16V，则击穿电压 V(BR) = 19.2V； 根据击穿电压，选取最大箝位电压 VC = 1.3 * V(BR) = 24.96V; 根据分析，TVS 管选择 P6KE22C 或 P6KE22CA，其性能如下： 型号 IRM (μA) VRM (V) V(BR) (V) IR (mA) VC (V) IPP (A) P6KE22C 5 17.8 22 1 31.9 20 P6KE22CA 5 18.8 22 1 30.6 17 3.2.5 信号耦合电路对发送电路和接收电路的影响 关于信号耦合电路对信号发送和接收电路的影响和作用，将在信号发送 部分和信号接收部分进行详细描述。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 16 - PLCi38-I DATA SHEET 4 信号发送部分（Transmitting Section） 4.1 发送电路组成 电力线载波通信系统的信号发送部分由扩频调制信号输入、谐振功率放 大器和信号耦合电路三部分组成。其主要任务是高效率地输出信号功率，并 将调频（FM）信号功率有效地注入电力线。 注入电力线的最大输出信号电平和二次和三次谐波分量满足相关标准。 由于发送部分和接收部分的电路结构和元器件的选择使得发送部分和接 收部分的相互影响较小，因此，可以对发送部分和接收部分进行独立的综合 和分析。 经研究和测量表明，电力线的阻抗分布在 0.5Ω～80Ω（在 3kHz～525kHz 频率范围）之间，其阻抗主要依赖于用电负荷的大小、线路结构、以及配电 变压器阻抗等多种因素。由于配电线路结构和配电变压器的阻抗特性相对比 较稳定，因此，用电负荷的大小对电力线阻抗的变化影响较大。我们知道， 用电负荷具有随机性，其主要表现为在不同的时间，用电负荷的变化，即阻 抗的时变性。 研究电力线的输入阻抗，对于提高信号的发送功率和有用信号的输入功 率能够起到非常重要的作用。因此，在分析发送电路部分中，设定电力线的 输入阻抗为 5Ω（不考虑电抗部分）具有典型意义。 发送电路部分的设计如图 4-1 所示。 +12V GND RX Path C4 LINE L60 33uH C69 10nF L64 100uH C70 C73 3.3nF T2 MAINS NEUTRAL RV1 14K420 20nF 1kV C5 1uF F1 P6KE22CA V61 R69 0.62K 2SD1782KAJQ 1:1 33uH R60 SSCOUT 0.62K (Spread Spectrum Si gn 20nF 1kV GND 图 4-1 发送电路部分的原理图 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 17 - PLCi38-I DATA SHEET 4.2 发送电路的近似分析 对于发送电路，焦点主要集中在对于低阻抗的电力线负载的适应能力， 即高效率地将发射信号注入电力线，保证在电力线上的有效信号功率；同时， 应有效地抑制谐波分量的输出。近似的交流等校电路如图 4-2 所示。 C70 V61 Rp Lp 33uH Cp 1uF L60 33uH C69 10nF 2SD1782KAJQ GND 图 4-2 发送电路的近似交流等校电路 在等效电路中，RP 和 CP 是隔离变压器次级等校电阻和电容的并联形式， 其中， R p = R s (1 + Q 2 ) C p = C s (1 + 式中， Q = 1 Q2 ) Xs 1 1 1 = = = ≈ 12 Rs ω R s C s 2π fR s C s 2 × 3 .14 × 270 × 10 3 × 5 × 10 × 10 − 9 则， R p = R s (1 + Q 2 ) = 5 × (1 + 12 2 ) ≈ 725Ω C p = C s (1 + 1 Q 2 ) = 10 × (1 + 1 10 2 ) ≈ 10nF 因此，耦合谐振网络的谐振频率为 f0 = 1 2π L p C p = 1 2 × 3.14 × 33 × 10 − 6 × 10 × 10 − 9 ≈ 277.2kHz 我们知道，功率放大器的谐振频率为 f0 = 1 2π L 60 C 69 = 1 2 × 3.14 × 33 × 10 − 6 × 10 × 10 − 9 ≈ 277.2kHz © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 18 - PLCi38-I DATA SHEET 因此，从图 4-2 的交流等校电路的分析来看，谐振功率放大器的谐振频率 和耦合谐振网络的谐振频率是一致的，其谐振频率均为 277.2kHz。 4.3 主要技术指标 在接入电源阻抗稳定网络 LISN（50Ω / 50μH + 5Ω）的情况下，在电力线上 输出信号的最大电平和谐波分量见表 4-1。信号发送电路测试环境置如图 4-3 所示。 表 4-1 信号发送技术参数 技术参数 符号 参数值 输出信号最大电平 VRMS(MAX) 122dBμV 2nd 谐波分量 V2nd < 52dBμV 3rd 谐波分量 V3rd < 60dBμV Recieved EUT1 LINE CH1 Artificial Network MAINS Signal Oscilloscope CISPR 16 CH2 NEUTRAL L Transmitted EUT2 N RF Output 50 ohm Spectrum Analyzer 图 4-3 信号发送电路测试环境 发送电路信号波形如图 4-4 所示。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 19 - PLCi38-I DATA SHEET a) 信号发送耦合输出前的信号波形 EUT1 单元发送扩频载波信号，由示波器 CHANNEL1 通道测得的信号耦合 输出前的信号波形。 1 Freq(1): Source 1 b) 0.00s 5.00V/ 270kHz Clear Meas Pk-Pk(1): Frequency 5.00μs/ Trig’d 1 -8.91V 20.8V Period Peak-Peak 电力线上的信号波形 EUT1 单元发送扩频载波信号，由示波器 CHANNEL2 通道测得的电力线上 的扩频载波信号波形。 2 0.00s 1.00V/ Freq(2): Source 2 No edges Clear Meas Pk-Pk(2): Frequency 5.00μs/ Trig’d 2 2.88V 5.18V Period Peak-Peak © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 20 - PLCi38-I DATA SHEET c) 信号耦合输入信号波形 EUT1 单元发送扩频载波信号，由 EUT2 单元接收扩频载波信号，并由示 波器 CHANNEL2 通道测得的信号耦合后的扩频载波信号波形。 2 Freq(2): Source 2 d) 0.00s 2.00V/ Pk-Pk(2): 270kHz Clear Meas Frequency 5.00μs/ Trig’d 2 -2.88V 6.44V Period Peak-Peak 信号耦合输入信号频谱 EUT1 单元发送扩频载波信号，由 EUT2 单元接收扩频载波信号，并由频 谱分析仪测得的信号耦合后的扩频载波信号频谱。 0.00s 100μs/ Stop 2 -2.88V 270kHz 540kHz 810kHz FFT Sample Rate = 2.00MSa/s Sources 2 Span 1.00MHz Center 500kHz Present More FFT © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 21 - PLCi38-I DATA SHEET 5 信号接收部分（Receiving Section） 信号接收部分由信号耦合电路、带通滤波器 BPF 和模拟前端 AFE 三部分 组成，其主要功能是对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟 解调。其中，信号接收电路的设计目标是提高频带内的信号接收功率（信号 耦合电路设计的一部分，需要同发送部分统一设计。），并最大限度地抑制来 自电力线上的噪声干扰，且使无源滤波网络的插入损耗最小。信号接收电路 原理图如图 5-1 所示。 C4 LINE T2 RV1 14K420 MAINS NEUTRAL 20nF 1kV C5 R61 L61 0.62k 1mH C71 Received Band Pass Filter 330pF F1 P6KE22CA AFE 3361 L62 100uH C72 3.3nF R62 2.2k TS3 TS4 IN4679 IN4679 1:1 33uH 20nF 1kV GND 图 5-1 信号接收电路 5.1 耦合变压器次级回路的选频特性 耦合变压器次级线圈电压随输入信号频率而变化的特性称之为回路选频 特性，用 H(f)表示，即： H (f ) = VL VS 其幅频特性如图 5-2 所示，其中，Q 是次级谐振回路的品质因数。 |H(f)| QVS(RMS) VS(RMS) 0 200 277 400 600 800 1000 Frequency (kHz) 图 5-2 次级回路幅频特性 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 22 - PLCi38-I DATA SHEET 从幅频特性曲线可以看出，在谐振频率 f0=277kHz 处，耦合电压达到最大； 随着频率的失谐，耦合电压逐渐减小；在通频带内，可以获得最大的信号接 收功率。对于通频带外的信号，耦合电压极小。 5.2 带通滤波器 BPF 特性 设计带通滤波器的目的是滤除有效信号的频带外干扰，这是一个二阶的 Butterworth 带通滤波器。该滤波器的特性参数： 带宽（3dB） ： BW3dB ≈ 108kHz 矩形系数： K 0.1 = 插入损耗: L ≈ −1.2dB BW0.1 ≈3 BW3dB 其滤波幅频特性如图 5-3 所示。 1 0.791 |H(f)| 0.5 0 200 277 400 600 800 1000 Frequency (kHz) 图 5-3 带通滤波器的幅频特性曲线 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 23 - PLCi38-I DATA SHEET 5.3 低功耗窄带模拟前端 AFE3361 5.3.1 AFE3361 描述 AFE3361 是一个低功耗窄带 FM 中频模拟解调集成电路，其内部含有完整 的窄带调频解调系统，包括： 振荡器（Oscillator） 混频器（Mixer） 限幅放大器（Limiting Amplifier） FM 解调器（Demodulator） ，正交鉴频器（Quadrature Discriminator） 滤波放大器（Filter Amplifier） 静噪电路（Squelch Circuit）。 5.3.2 AFE3361 主要特点 工作电压范围：VCC = 2.5～7.0V 功耗小，典型值为 4.0mA（在 VCC = 4.0 时） 灵敏度高，输入-3dB 限幅电压为 2.0μVrms（典型值） 所需外围器件少 最高工作频率为 60MHz 注释： 接收机灵敏度是指在接收机输出端得到规定的信纳比或信噪比且输出功率不小于额定功率的 50%的情 况下，接收机输入端所需要的最小电平，通常用μV 或 dBμV 表示。所谓信纳比是指： S+N+D N+D ， 式中的 N 和 D 分别是噪声和信号失真的分量。调频接收机的输出端的信纳比通常规定为 12dB，输入端 最小信号电平通常用有效值标称。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 24 - PLCi38-I DATA SHEET 5.3.3 最大额定值 特性 引脚 符号 参数值 单位 最大电源电压 4 VCC(Max) 10 V 工作电源电压范围 4 VCC 2.5 ~ 7.0 V 检波器输入电压 8 VI(DET) 1.0 VP-P RF 输入电压（VCC ≥ 4.0V） 16 VI(RF) 1.0 Vrms 静噪控制电压 14 VMUTE - 0.5 ~ + 0.5 VPeak 工作温度 TOPR - 40～+ 85 ℃ 贮存温度 TSTG - 65～+ 150 ℃ 5.3.4 电气特性 特性 引脚 符号 输入限幅电压 16 混频输入电阻 典型值 最大值 单位 VI(LIM) 2.0 6.0 μV 16 RI(MIXER) 3.3 kΩ 混频输入电容 16 CI(MIXER) 2.2 pF 混频增益 3 GV(MIXER) 30 36 dB 音频输出电压 9 Vo 134 150 168 mVrms GV 40 48 52 dB 1.0 1.5 2.0 Vdc 0.5 Vdc 滤波器增益 滤波器输出直流电压 11 Vo(DC) 扫描控制低输出 13 VL(SCAN) 扫描控制高输出 13 VH(SCAN) 最小值 3.0 Vdc © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 25 - PLCi38-I DATA SHEET 5.3.4 AFE3361 的典型应用电路 AFE3361 的典型应用电路如图 5-4 所示。 +5Va Anal og SSC Signal R68 10k C67 PLCi38-I N60 16 15 MIXIN 14 GND C65 0.1uF R65 2.2k 1nF R67 10k GND R66 0.1uF 1M C60 10nF GND C66 13 12 11 10 9 SCAN SQ FOUT FIN AUDIO AFE 3361 3361 OSC 1 2 MIXOUT 3 VCC 4 LIMITIN 5 DECOUPLING 6 7 QUAD 8 CF1 C61 10nF 455k C62 C63 0.1u 0.1u R64 2.2k CD1 455k +5Va 185kHz LO C64 0.1uF GND 图 5-4 AFE3361 的典型应用电路原理图 电源系统 6 基于 PLCi38-I 芯片的典型载波通信系统的功率需求参见表 6-1。 表 6-1 典型载波通信系统的功率要求 单元名称 描述 最小值 典型值 最大值 IDD(PLCi38-I) PLCi38-I 电源电流 PPLCi38-I PLCi38-I 功耗 0.04 W ITATOAL(RX) 载波通信系统静态电流 18 mA PTATOAL(RX) 载波通信系统静态功耗 0.27 W ITATOAL(TX) 载波通信系统动态电流 85 mA PTATOAL(TX) 载波通信系统动态功耗 0.89 W 7 单位 mA 综上所述，载波通信系统要求 1W 的电源供电系统，推荐使用 1.2VA 的电 源供电系统。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 26 - PLCi38-I DATA SHEET 7 典型的 PLC 载波通信系统 下面是一个推荐的 PLC 载波通信系统的电路原理图，以及元器件的选择 和要求。 对于构造各种应用系统来说，建议在该电路原理上，扩充数据终端设备 的电路，通过 RX 和 TX 引脚与数据终端进行物理连接，其通信协议遵循 EASTSOFT® SSC16 协议规范。 一个基于 PLCi38-I 芯片的典型 PLC 载波通信系统的电路原理见图 7-1。 该 PLC 载波通信系统的元器件描述见表 7-1。 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 27 - PLCi38-I DATA SHEET 2 2 9 RV1 14K420 AC AC 7 E912 6 VC2 3 + 1 C1 470uF/25V78L05 4 - Vin Vout 0.27k 3 1 220V/9V 1VA NEUTRAL 2 AC AC 2.2k C3 10uF/50V TX TS2 3 + 1 - Vin C2 470uF/25V78L05 4 Vout +5Vd +5Vd 3 R11 PS8701 Vss E4 +5Va 0.27k + C24 1uF R13 2.2k RX C8 0.1uF C6 10uF/50V PS8701 C1+ 3 C1- V+ 2 4 C2+ V- 6 VCC 16 GND 15 5 C2- 9 R2OUT 232_TXD 10 T2IN T2OUT 11 T1IN T1OUT 14 Vss R2IN 8 C21 1uF C22 1uF Vss 7 R1IN 13 12 R1OUT GND E912 +5Vd 1 232_RXD 232_RXD 2 5 D20 + C23 1uF 232_TXD C7 0.1uF GND AC LINE RS-232 INTERFACE R12 MAX202 1 1 GND XS1 MAINS 10 +5Va GND T1 1 TS1 +12V VC1 2 LINE +5Vd E3 R10 + +5Va + INTERFACE LINK POWER SUPPLY SECTI ON Vss MAX202 + C20 0.1uF Vss XS2 1 6 2 7 3 8 4 9 5 RS232 +5Va D30 R61 L61 0.62k 1mH BAND PASS FILTER C71 RX Spread Spectrum Si gnal +5Va 330pF C72 3.3nF L62 100uH R62 2.2k RX Path TS3 IN4680 TS4 C4 C60 10nF GND T2 TRANSMI T POWER AMPLIFI ER F1 P6KE6.8C 15 GND L60 33uH GND TX Path INTERFACE LINK 3361 OSC 1 C69 10nF C73 3.3nF C70 1uF V61 14 10uF R65 2.2k R66 1M 1nF R67 10k 13 12 11 10 9 SCAN SQ FOUT FIN AUDIO FM DEMOD 1:1 33uH GND 10uF GND C65 C31 AFE 3361 +12V C5 20nF/1kV 16 MIXIN 20nF/1kV NEUTRAL N60 SIGNAL COUPLING NETWORK C66 R68 10k C67 IN4680 GND LINE Vss L64 100uH/100mA 2 MIXOUT 3 VCC 4 LIMITIN 5 DECOUPLING 6 7 Z1 C61 10nF 455k C63 0.1u 0.1u R64 2.2k Z2 455k C34 1nF +5Va R60 R69 0.62k G80 20MHz 15pF C62 C64 0.1uF 2SD1782KAJQ 0.62k 15pF C32 GND QUAD 8 GND 185kHz LO 2.2k L63 33uH NC 28 SSCIN NC 27 3 NC NC 26 4 NC NC 25 5 NC NC 24 6 NC NC 23 7 NC 8 VSS 9 OSC1 VDD 20 10 OSC2 VSS 19 NC 22 NC 21 11 NC RX 18 12 PWM185K TX 17 C33 1nF 14 NC GND R63 VDD 2 13 SSCOUT GND GND 1 PLCi38-I C30 0.1uF +5Va GND RX TX HL31 RXLED 16 TXLED 15 R31 0.62k PLCi38-II GREEN HL30 GND RED GND R30 0.62k 185kHz C68 22nF GND GND TX Spread Spectrum Signal 图 7-1 一个基于 PLCi38-I 芯片的典型 PLC 载波通信系统的电路原理图 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 28 - PLCi38-I DATA SHEET 表 7-1 序号 PLC 载波通信系统的元器件描述（注释：特别注意对待有下划线的元器件参数的要求！） 器件标识 描述 封装 规格 精度 1 VC1,VC2 整流桥堆 IC SMD SIZB60 2 TS1,TS2 稳压块 IC SMD 78L05 3 D30 载波扩频通信 IC PDIP PLCi38-I (28-PINS) 4 N60 模拟接收前端 IC SMD AFE3361 (16-PINS) 5 Z1 陶瓷滤波器 插件 LT455BW 6 Z2 陶瓷鉴频器 插件 455C28 7 C1,C2 电解电容 插件 470uF (25V) 10% 8 C3,C6 电解电容 插件 10uF (50V) 10% 9 C4,C5 瓷片电容 插件 20nF (1000V) 10%～20% 10 C21,C22,C23,C24 独石电容 插件 1uF(16V) 10% 11 C20 独石电容 插件 0.1uF(16V) 10% 12 C70 电容 SMD 0805 1uF (50V) 10% 13 C7,C8,C30,C62,C63,C64 电容 SMD 0805 0.1uF (50V) 10% 14 C68 电容 SMD 0805 22nF (50V) 5% 15 C60,C61,C66,C67,C69 电容 SMD 0805 10nF (50V) 5% 16 C72,C73 电容 SMD 0805 3.3nF (50V) 5% 17 C33,C34,C65 电容 SMD 0805 1nF (50V) 5% 18 C71 电容 SMD 0805 330pF (50V) 5% 19 C31,C32 电容 SMD 0805 15pF (50V) 5% 20 L62,L64 电感 插件 100uH (I≥100mA) 5% 21 L60,L63 电感 插件 33uH (I≥100mA) 5% 22 L61 电感 插件 1mH (I≥100mA) 5% 23 R66 电阻 SMD 0805 1M (1/8W) 5% 24 R67,R68 电阻 SMD 0805 10k (1/8W) 5% 25 R62,R63,R64,R65,R12,R13 电阻 SMD 0805 2.2k (1/8W) 5% 26 R60,R61,R30,R31,R69 电阻 SMD 0805 0.62k (1/8W) 5% 27 R10,R11 电阻 SMD0805 0.27k(1/8W) 5% 28 RV1 压敏电阻 插件 MYG3-14K420 29 G80 晶振 插件 20MHz (10ppm C=15pF) 30 F1 瞬变电压抑制二极管 插件 P6KE22CA 31 HL30,HL31 发光二极管 插件 Φ3 32 TS3,TS4 稳压二极管 插件 IN4679 (Vz =2V) 33 V61 功率三级管 SMD 2SD1782KAJQ (HFE>100) 34 T2 隔离变压器 插件 匝比 1:1 (33uH, I≥100mA) 35 T1 电源变压器 插件 220V/9V 1VA 36 XS1 交流电源插座 插件 2-PINS 37 D20 数字集成电路 SMD MAX202 38 XS2 插座 插件 RS232 39 E3,E4 高速光耦 SMD PS8701 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 29 - PLCi38-I DATA SHEET EASTSOFT 是青岛东软电脑技术有限公司的注册商标 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 － 版权所有 © 2004 青岛东软电脑技术有限公司 - 30 -