電力線(xiàn)MODEM芯片ST7536

關(guān)鍵詞：低壓電力線(xiàn) MODEM ST7536 電力線(xiàn)接口

隨著(zhù)國家電力公司“一戶(hù)一表、抄表到戶(hù)”用電管理模式的推廣和普及，利用220V低壓電力線(xiàn)傳輸信息的載波集抄系統產(chǎn)品應運而生。這樣電力載波技術(shù)成為抄表系統的關(guān)鍵。當前國內主要應用的是FSK電力線(xiàn)載波調制技術(shù)。

　　低壓電力線(xiàn)是為傳輸50Hz的工頻電能而鋪設的。由于不是為通信鋪設的，故其特性往往較難直接滿(mǎn)足載波通信的要求。這直接體現在兩方面：第一、電力網(wǎng)絡(luò )的阻抗特性及其衰減，制約了信號的傳輸距離；第二、低壓電力線(xiàn)上的噪音干擾，制約了信號的傳輸質(zhì)量。

　　由于在低壓電力線(xiàn)上存在諸多使載波信號的信噪比急劇下降的因素，使得載波信號難以在一個(gè)供電區域內較好地傳輸，這樣就須選取合適的低壓電力線(xiàn)MODEM。在應用中，我們選擇了歐洲ST公司的電力載波調制解調器芯片ST7536。

一、ST7536芯片介紹

　　ST7536是一種半雙工、同步的FSK MODEM。它專(zhuān)為低壓電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信而設計。用ST7536構造一個(gè)完整的通信系統，還必須包括1個(gè)微控制器（單片機）和1個(gè)電力線(xiàn)接口，如圖1所示。這樣的系統能夠在4個(gè)不同的信道上以2種不同的數據傳輸率（600和1200bps）進(jìn)行發(fā)送和接收。

　　ST7536是單芯片MODEM，有28個(gè)引腳；它是半雙工的，有發(fā)送和接收兩種工作模式；它又是同步的，因為數據的發(fā)送和接收與時(shí)鐘信號有關(guān)。時(shí)鐘信號由ST7536內部產(chǎn)生。ST7536芯片還需要一些外部元件來(lái)完成所有操作：1個(gè)晶振，4個(gè)電阻和5個(gè)電容。

1.ST7536芯片引腳

ST7536芯片引腳如圖2所示。

2.ST7536芯片引腳說(shuō)明

ST7536芯片引腳說(shuō)明如表1所列。

表1

　　從功能上看，這28個(gè)引腳可大致分為如下11類(lèi)。

　?。?）電源供應輸入：DGND、DVDD，DVSS，AVSS，AGND，AVDD。 ST7536內部有數字和模擬兩個(gè)獨立的電源供應；而外部的電源供應是應該接在一起的。

　?。?）信道和波特率的選擇：CHS、BRS。 ST7536提供600和1200baud兩種波特率，通過(guò)BRS選擇；對每種波特率，ST7536提供兩個(gè)信道，通過(guò)CHS來(lái)選擇。具體情況如表2所列。

表2

　　(3) 振蕩器輸入、輸出：XTAL1、XTAL2。

ST7536的內部振蕩器需要1個(gè)外部11?0592MHz的晶振和2個(gè)電容。也可以直接往振蕩器輸入時(shí)鐘信號，這種情況下晶振和電容都不必要了。

　?。?）自動(dòng)頻率控制的穩定：AFCF。

自動(dòng)頻率控制部分調節發(fā)送/接收頻段濾波器的中心頻率。這部分功能的穩定性由外接的電阻電容網(wǎng)絡(luò )電路來(lái)保證。

　?。?）自動(dòng)等級控制輸入：ALCI。

自動(dòng)等級控制處理發(fā)送信號的最后輸出。它使得功率放大器的輸出電壓不受電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )變化的影響。一般電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的電阻在5~100Ω。如果電力線(xiàn)電阻改變了，則放大器的輸出也相應改變。自動(dòng)等級控制輸入可以糾正這些輸出變化。為了控制電力線(xiàn)接口的輸出，需要一個(gè)反饋信號，這個(gè)信號通過(guò)一個(gè)放大器來(lái)傳送。自動(dòng)等級控制可以以32步，每步0.84dB來(lái)減小最大的發(fā)送輸出值。探測自動(dòng)等級控制輸入的峰值，和兩個(gè)參考電壓相比較，進(jìn)行相應處理。這樣保證輸入的放大器反饋信號的峰值電壓在兩個(gè)參考電壓之間。

　?。?) 數據輸入和輸出：RxD、CLR/T、RxDEM、TxD。

ST7536是同步的調制解調器，數據輸入和輸出都和時(shí)鐘(CLR/T)有關(guān)。發(fā)送模式下，ST7536自己產(chǎn)生時(shí)鐘信號，發(fā)送的數據在CLR/T的上升沿被采樣，所以這時(shí)TxD有效。接收模式下，解調后的數據在引腳RxDEM上有效，時(shí)鐘恢復電路從解調后的數據中取得時(shí)鐘信號，在CLR/T上升沿發(fā)送同步數據(RxD)。

　?。?）測試輸入：TEST1、TEST2、TEST3、TEST4。

TEST2、TEST3、TEST4通常不用，被置成0V；TEST1可用來(lái)取消發(fā)送到接收模式的自動(dòng)切換。

　?。?）中間頻率濾波器輸出和FSK解調輸入：IFO、DEMI。 這兩個(gè)引腳之間通過(guò)1個(gè)電容來(lái)連接。

　?。?）接收輸入和發(fā)送輸出：RAI、ATO。

RAI是ST7536的接收模擬輸入。它和電力線(xiàn)接口的接收輸出相連，最大輸入電壓的均方根值是2V。接收靈敏度的均方根值在信道1和信道2(600 baud)上是2mV；在信道3和信道4(1200 baud)上是3mV。 ATO是ST7536的發(fā)送輸出，它和電力線(xiàn)接口的發(fā)送輸入相連。模擬發(fā)送輸出由自動(dòng)等級控制輸入電路來(lái)調整。最大輸出電壓的峰-峰值是3.5V，二次諧波失真大約為-53 dB。

　?。?0）接收/發(fā)送控制輸入：Rx/x。

ST7536是半雙工的調制解調器，所以有發(fā)送和接收兩種操作模式。模式選擇取決于Rx/x輸入。如果這個(gè)輸入為“0”，超過(guò)3s，ST7536自動(dòng)切換回接收模式。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以使用TEST1輸入。只要把TEST1輸入置為“1”，就可以禁止模式的自動(dòng)切換。

　?。?1）重啟輸入：RESET。

3.ST7536芯片功能結構圖

　　ST7536芯片功能結構圖如圖3所示。

4.ST7536芯片工作流程說(shuō)明

　　發(fā)送模式：TxD在時(shí)鐘(CLR/T)的上升沿被采樣，然后數據進(jìn)入FSK調制器。調制器在由時(shí)基和控制邏輯所設置的頻率上工作。通常情況下，多路開(kāi)關(guān)(MUX)選擇FSK調制器信號送到發(fā)送濾波器。發(fā)送濾波器是可切換的電容頻段濾波器。時(shí)基和控制邏輯使用自動(dòng)頻率控制(AFC)在發(fā)送頻率上設置這個(gè)濾波器,它也和所選擇的信道相關(guān)。濾波后，待發(fā)送信號進(jìn)入一個(gè)自動(dòng)等級控制(ALC)。這個(gè)控制用來(lái)克服電力線(xiàn)阻抗變動(dòng)問(wèn)題。因為電力線(xiàn)本身特性就有頻繁而且不可預測的變動(dòng)。自動(dòng)等級控制利用來(lái)自電力線(xiàn)接口的一個(gè)反饋信號(ALCI)來(lái)調節最終的發(fā)送輸出信號(ATO)。

　　接收模式：信號進(jìn)入芯片接收模擬輸入引腳(RAI)。接收信號在接收頻段濾波器中進(jìn)行濾波。接收濾波器和發(fā)送濾波器類(lèi)似，也是一個(gè)可切換的電容濾波器。自動(dòng)頻率控制用來(lái)設置合適的頻率。信號被放大，接著(zhù)被轉換，再由頻段濾波器進(jìn)行濾波。這樣處理后的信號被送到FSK解調器。頻段濾波器輸出(IFO)和FSK解調輸入(DEMI)通過(guò)一個(gè)外部電容來(lái)連接，這個(gè)電容能夠去掉最后的偏移電壓。時(shí)鐘恢復電路從FSK解調器的解調輸出(RxDEM)中得到接收時(shí)鐘(CLR/T)。同步接收到的數據(RxD)在時(shí)鐘的上升沿被有效發(fā)送出去。

　　時(shí)基部分發(fā)送所有內部時(shí)鐘信號，這些信號來(lái)自11.0592MHz的晶振。振蕩器連接X(jué)TAL1和XTAL2兩個(gè)引腳。也可以直接在XTAL1引腳上提供時(shí)鐘信號來(lái)取代使用上面的晶振。

　　為了調試芯片，測試外部電路，ST7536提供了幾個(gè)測試選項。用發(fā)送頻段濾波器上的一個(gè)直接輸入就可以觀(guān)察發(fā)送頻段濾波器的工作情況。如果TEST4=1，那么多路開(kāi)關(guān)就選擇這個(gè)發(fā)送濾波器輸入(TxFI)。接收頻段濾波器在25引腳輸出。最后，TEST1=1時(shí)可以觀(guān)察到時(shí)鐘恢復的情況，這時(shí)TEST3輸入直接作為時(shí)鐘恢復模塊的輸入。

二、ST7536的外圍電路――電力線(xiàn)接口

　　電力線(xiàn)接口(PLI)連接著(zhù)ST7536芯片和低壓電力線(xiàn)。圖4是根據ENEL規范設計的一種電力線(xiàn)接口電路。

　　在發(fā)送模式下，電力線(xiàn)接口把來(lái)自ST7536芯片ATO的發(fā)送信號進(jìn)行放大和濾波。緩沖區的作用是保護ST7536，并且驅動(dòng)電力線(xiàn)接口中的下一個(gè)部件。低通濾波器(LPF)的作用是抑制諧波。濾波后的信號被送入功率放大器，這個(gè)功率放大器通過(guò)轉換器來(lái)驅動(dòng)阻抗為1~100Ω的電力線(xiàn)。此外，放大器也進(jìn)行頻段濾波，來(lái)抑制發(fā)送信號的二次諧波。

　　在接收模式下，轉換器從電力線(xiàn)上取得信號，在預放大器中進(jìn)行放大，再送給ST7536的接收輸入引腳RAI。這種模式下，為了避免功率放大器的低輸出阻抗所造成接收信號的衰減，關(guān)閉緩沖器和功率放大器。

三、ST7536芯片的一個(gè)應用

　　以上詳細介紹了ST7536芯片。下面簡(jiǎn)單介紹這個(gè)芯片的一個(gè)應用實(shí)例，給出ST7536和單片機及電力線(xiàn)接口簡(jiǎn)單結構圖，如圖5所示。

結束語(yǔ)

　　本文詳細介紹了低壓電力載波MODEM ST7536芯片的結構、原理及具體應用。在整個(gè)系統的運行中，ST7536工作高效而穩定，較好地解決了利用低壓電力線(xiàn)載波傳輸中的技術(shù)問(wèn)題。這對于邊遠地區利用電力線(xiàn)上INTERNET也有參考價(jià)值。