如何為智能電表選擇適合的PLC調制解調器方案?

　　PLC調制技術(shù)的選擇

　　雖然PLC技術(shù)提供了一種低成本的選擇，但電力線(xiàn)的初衷并不是用于通信，故在應用PLC通信時(shí)也面臨一些挑戰。特別是設計人員需要密切注意會(huì )出現的信號衰減和噪聲問(wèn)題，反之也要求復雜的收發(fā)器技術(shù)。

　　為了抑制由噪聲導致的信號衰減，降低誤碼率，并改善頻率效率，有必要利用適合的信號調制技術(shù)。實(shí)際上，電力機構在部署智能電表抄表系統時(shí)，有多種不同的調制方式，但主要的有三種，分別是正交頻分復用(OFDM)、相移鍵控(PSK)和擴頻型頻移鍵控(S-FSK)。

　　OFDM的理論帶寬較高，但實(shí)際上在低壓網(wǎng)絡(luò )中的噪聲條件下會(huì )損失很大一部分的帶寬，而且OFDM的應用成本較高，工作時(shí)還消耗可觀(guān)的電能。PSK調制技術(shù)的應用成本很低，但不是特別可靠，性能會(huì )受到相位噪聲影響，而且無(wú)法充分覆蓋較長(cháng)距離。相比較而言，雖然S-FSK的數據率比OFDM低，但更勝任智能電表應用。這種調制技術(shù)能實(shí)現可靠的通信，同時(shí)應用成本更低，消耗的電能也更少。因此，就當前的智能電網(wǎng)PLC應用而言，復雜度低、商用潛力更大及有可靠現場(chǎng)應用記錄的S-FSK調制技術(shù)無(wú)疑是更適合的選擇。

　　實(shí)際上，法國ERDF的Linky項目規范中，物理層參考規范是IEC61334-5-1/EN50065，其中規定的調制技術(shù)就是S-FSK，通信頻率為標記頻率(mark frequency, Fm) 63.3 kHz和空頻(space frequency, Fs) 74 kHz，傳輸速率2.4 Kbps，并與50 Hz電氣網(wǎng)絡(luò )頻率物理同步。

　　安森美半導體PLC調制解調器的應用優(yōu)勢

　　安森美半導體在開(kāi)發(fā)PLC調制解調器方面擁有較長(cháng)的歷史。速率1.2 kb的AMIS-30585為早前推出，最初開(kāi)發(fā)時(shí)就符合IEC 61334標準(SFSK規范)，迄今已歷經(jīng)8年的現場(chǎng)應用檢驗。新近推出的AMIS-49587是一款高集成度、符合標準的低功率PLC方案，支持PLC現場(chǎng)部署要求的4種不同模式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)、SLAVE(電表)和SPY(給測試人員的原始數據)，非常適合智能電表以及智能街燈和智能插座等應用。與AMIS-30585相比，AMIS-49587支持2.4 kb的更高半雙工可調節通信速率速率，符合諸如ERDF規范這樣的市場(chǎng)新要求，目前已經(jīng)獲得法國原設備制造商(OEM)的先期使用，在中國也已獲得數家領(lǐng)先電表客戶(hù)的選用。兩款器件引腳對引腳兼容，為客戶(hù)提供了更大的設計便利。

　　AMIS-49587符合IEC61334-5-1標準，為客戶(hù)提供眾多應用優(yōu)勢。例如，這器件基于A(yíng)RM7TDMI處理器內核，同時(shí)包含物理接口收發(fā)器(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)層，使其以單芯片方案結合了模擬調制解調器前端和數字后處理功能，而大多數競爭方案需要復雜的嵌入式軟件來(lái)執行與AMIS-49587相同的功能。設計人員使用AMIS-49587調制解調器，可以簡(jiǎn)化設計，能在不到一個(gè)季度的時(shí)間內開(kāi)發(fā)出全套互操作PLC方案，還降低開(kāi)發(fā)及應用成本。實(shí)際上，基于A(yíng)MIS-49587的調制解調器方案中僅使用2顆IC(另一顆為NCS5650 2 A PLC線(xiàn)路驅動(dòng)器)，外加16顆電阻、17顆電容、2個(gè)二極管、1個(gè)晶體和1個(gè)脈沖變壓器，總元件數量?jì)H為39個(gè)，提供低物料單(BOM)成本。

　　此外，AMIS-49587采用S-FSK調制技術(shù)，結合高分辨率的濾波算法，配以自動(dòng)可信值/中繼器(repeater)功能，提供基于長(cháng)距離電力線(xiàn)的高可靠性數據通信。通信誤差比其它可選及現有方案更低。這器件藉板載低抖動(dòng)鎖相環(huán)(PLL)與交流主電源(mains)信號同步。由于包含16位分辨率的模擬前端，使器件具有極優(yōu)的噪聲免疫性和極高的接收靈敏度。

　　AMIS-49587的易用性也很突出。由于內嵌協(xié)議處理功能，使設計人員無(wú)需涉及PHY和MAC協(xié)定傳輸細節問(wèn)題，節省多達50%的軟件開(kāi)發(fā)耗費，從而加快上市時(shí)間，降低總成本。這器件藉串行接口直接連接至用戶(hù)主微控制器(MCU)。

　　AMIS-49587同時(shí)兼容于單相和多相電表，滿(mǎn)足客戶(hù)不同需求。此外，其能耗也比基于數字信號處理器(DSP)的方案更低，非常適合智能電表至集中器的PLC通信應用。為了幫助設計人員加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程，安森美半導體還提供評估套件AMIS49587EVK，方便用戶(hù)開(kāi)發(fā)。這套件內含2個(gè)PLC調制解調器，用于在客戶(hù)端與服務(wù)器端之間配置通信;還包含開(kāi)源圖形用戶(hù)界面，用于配置端到端通信。

　　安森美半導體為智能電表應用提供完整方案

　　與普通電表相比，智能電表無(wú)疑是更為復雜的系統。而安森美半導體為智能電表應用提供完整的解決方案，除了上述用于通信應用的PLC調制解調器和線(xiàn)路驅動(dòng)器方案外，還提供用于電源管理、測量和存儲等關(guān)鍵功能的解決方案。如在電源管理模塊，可以應用安森美半導體的NCP1014、NCP1015等AC-DC轉換器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC-DC轉換器，MC78L05、MC7805、CAT6217和CAT6219等低壓降(LDO)穩壓器，以及NTMFS4823等中壓及高壓FET。此外，在智能電表應用中，也可采用安森美半導體系列EEPROM、SDRM等存儲器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、邏輯、USB保護、監控、I/O擴展、時(shí)鐘和溫度傳感器等。

　　圖2：安森美半導體應用于智能電表的解決方案。

　　總結：

　　在方興未艾的智能電網(wǎng)應用中，智能電表發(fā)揮關(guān)鍵作用。設計人員需要為智能電表與數據集中器之間的通信選擇適合的通信方式，而PLC已經(jīng)成為業(yè)界先導公司及先期試驗項目的選擇，頗具示范及借鑒意義。設計人員需要為PLC通信選擇調制解調器方案。安森美半導體用于PLC的調制解調器產(chǎn)品符合標準及客戶(hù)規范，并提供眾多應用優(yōu)勢，如簡(jiǎn)化設計、降低成本、降低耗電、提供可靠通信及加快上市進(jìn)程等。安森美半導體更為智能電表應用提供包括電源/電源管理及保護、通信、測量和存儲等關(guān)鍵功能的完整解決方案，方便客戶(hù)的選擇，幫助他們降低采購成本及加快產(chǎn)品上市。

　　相關(guān)資料：

　　1、《電力線(xiàn)載波(PLC)技術(shù)及解決方案》網(wǎng)上廣播PPT資料，安森美半導體

　　2、《智能電網(wǎng)》演講資料，Laurent Jenck，2010年5月，安森美半導體

　　3、AMIS-49587數據手冊，www.onsemi.cn/pub/Collateral/AMIS-49587-D.PDF，安森美半導體

　　4、AMIS-30585數據手冊，www.onsemi.cn/pub/Collateral/AMIS-30586-D.PDF，安森美半導體

　　5、PLC調制解調器AMIS-49587圖形用戶(hù)界面， www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/AMIS49587%20GUI.ZIP