安森美半導體電力線(xiàn)載波芯片的特點(diǎn)及其應用

Repetition with Credit中繼算法采用了叫做可信值管理的辦法?？尚胖捣譃?級，由客戶(hù)端（集中器）進(jìn)行管理。系統規定：如果服務(wù)器被配置成了Repeater，如果收到的MAC幀的當前可信值大于0，這個(gè)服務(wù)器就要在下一個(gè)時(shí)間片到來(lái)時(shí)把這一幀重復轉發(fā)，當前可信值減一。直到當前可信值為0時(shí)幀重復的過(guò)程終止。在這種機制下，在同一時(shí)間片，可能存在許多服務(wù)器同時(shí)重復轉發(fā)，這就是和聲。

下面（見(jiàn)圖8）以一個(gè)單MAC幀的轉發(fā)過(guò)程為例，來(lái)說(shuō)明Repetition with Credit機制。

1） 集中器在時(shí)間片K給電表5發(fā)出一幀并在MAC幀頭設定了初始可信值為2。電表（Module PLC）1和2因為距離較近在時(shí)間片K正確收到這一幀。

2） 由于這一幀的可信值（Credit）大于0，集中器、電表1和2收到后在時(shí)間片K+1開(kāi)始重復這一幀，當前可信值減一，變?yōu)?。電表3和4在這個(gè)時(shí)間片收到這一幀。但電表5由于線(xiàn)路太遠還是沒(méi)有收到。

3） 電表3和4在K+2重復同一幀。當前可信值減一，集中器、電表1和2也在同時(shí)重復，與3和4“和聲”。電表5正確收到這一幀。由于當前可信值已變?yōu)?，下一時(shí)間片所有電表不再重復發(fā)送這一幀。

系統最大可設定初始可信值為7，假定一臺集中器和一臺電表的通訊距達300m。如果有了帶有7級可信值管理的中繼，通信距離將可達到2400m。

在這個(gè)中繼機制中，有三個(gè)變量IC、CC、DC分別代表初始可信值、當前可信值以及差值可信值。集中器根據算法設置初始可信值。當前可信值CC會(huì )在幀轉發(fā)過(guò)程中隨每一次轉發(fā)逐一遞減。差值可信值DC對中間的轉發(fā)器沒(méi)有意義，只在目的地址電表處，IC減去CC，得到差值可信值DC。該電表會(huì )在回復幀中把DC值發(fā)送回給集中器，集中器可以根據這個(gè)值修訂下次訪(fǎng)問(wèn)該電表的初始可信值。

由于電力線(xiàn)阻抗、干擾狀況等處于時(shí)時(shí)變化中，PLC通訊的質(zhì)量也在不斷變化?？尚胖邓惴ㄊ箍蛻?hù)端可以實(shí)時(shí)根據網(wǎng)絡(luò )通信狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，以實(shí)現可靠的數據傳送。

由AMIS-49587組成PLC網(wǎng)絡(luò )廢棄了傳統的具有諸多弊端的路由方案，沒(méi)有復雜的路由表，不需要人工設定和調整中繼轉發(fā)器，網(wǎng)絡(luò )會(huì )自動(dòng)的找到最佳路由線(xiàn)路，并且持續進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調節。

此外，在Linky項目中，還引入了Repeater Call 機制。定期運行的這個(gè)機制通過(guò)先進(jìn)的算法調整傳輸路徑中轉發(fā)器的設置，減少不必要的電表參與“和聲”，以減少可能的串擾或回聲，這是對網(wǎng)絡(luò )路由的進(jìn)一步優(yōu)化。

3.3 網(wǎng)絡(luò )建立

由AMIS-49587組成的網(wǎng)絡(luò )采用主從結構，一個(gè)客戶(hù)端（也稱(chēng)主機或集中器）與多個(gè)服務(wù)器（從機或電表）組成網(wǎng)絡(luò )。一般通訊的發(fā)起者是客戶(hù)端。按照IEC 61334-5-511，客戶(hù)端運行“發(fā)現Discovery” 和“注冊Register”服務(wù)?！鞍l(fā)現”查找新加入或因故重新加入網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)器。如果服務(wù)器進(jìn)行了正確的應答，進(jìn)入注冊過(guò)程，將被分配獨立的MAC地址。

客戶(hù)端會(huì )定期運行發(fā)現、注冊服務(wù)，以實(shí)現系統Plug Play。也會(huì )定期進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的Ping服務(wù)以確定服務(wù)器是否在網(wǎng)和消除可能的地址沖突。

3.3.1 智能同步Smart synchronization

主從網(wǎng)絡(luò )中，服務(wù)器必須先與客戶(hù)端綁定（綁定后只回復該客戶(hù)端）才能完成注冊進(jìn)而正常與客戶(hù)端通訊。這個(gè)過(guò)程叫與客戶(hù)端同步。服務(wù)器與一個(gè)客戶(hù)端同步后，將不再應答其它客戶(hù)端?？蛻?hù)端訪(fǎng)問(wèn)超時(shí)或服務(wù)器主動(dòng)解除同步時(shí)，重新進(jìn)入客戶(hù)端搜索狀態(tài)。

剛上電的服務(wù)器與50Hz鎖定后會(huì )不斷分析信道，查找前導碼（AAAAh）和起始子幀定界符（54C7h），如果偵聽(tīng)到，而且接下來(lái)正確收到客戶(hù)端發(fā)出的物理幀后，即可與該客戶(hù)端同步，并接受注冊。

在同步過(guò)程中，AMIS-49587采用了更加智能的Smart Synchronization：在一定時(shí)間內（可設定），新入網(wǎng)服務(wù)器可以先后與多個(gè)客戶(hù)端同步再主動(dòng)解除同步，期間記錄每個(gè)客戶(hù)端信號的強度(SNR)。在設定時(shí)間到來(lái)時(shí)，該服務(wù)器最后會(huì )選擇與信號最強的客戶(hù)端同步。

該機制非常有效的解決了抄表系統中常見(jiàn)的多臺區/多相信號串擾問(wèn)題。由于電表都會(huì )自動(dòng)找到最近的集中器與之同步，不需要人工干預，使網(wǎng)絡(luò )路徑自動(dòng)得到了優(yōu)化，也極大的減少了施工中的工作量。

3.3.2 報警Alarm機制

AMIS-49587構成的PLC網(wǎng)絡(luò )中還具有報警機制。當電表有故障發(fā)生時(shí)，要求其通過(guò)網(wǎng)絡(luò )報警，以便管理人員及時(shí)得知并處理。主動(dòng)上報相當于在網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現雙向通訊。Linky電表會(huì )在物理幀的Pause時(shí)間段的3個(gè)字節發(fā)出Alarm警報。主機收到后會(huì )發(fā)起Discovery服務(wù)，以便調查具體故障原因。

Alarm另一個(gè)非常有用的功用是新電表剛接入時(shí)，會(huì )通過(guò)Alarm提示集中器發(fā)起Discovery。這會(huì )加快新表的接入過(guò)程。不必非得等待主機例行的Discovery服務(wù)到來(lái)。

四、結束語(yǔ)

安森美半導體的AMIS-49587是完全遵從IEC-61334標準開(kāi)發(fā)的電力線(xiàn)載波收發(fā)器。在完成物理層調制解調外，嵌入MAC層的處理是這款芯片獨到的特點(diǎn)，使其成為具有協(xié)議解析功能的PLC收發(fā)器?？蛻?hù)在使用這款收發(fā)器傳送或接收的數據時(shí)，不需要太多關(guān)注協(xié)議的細節。

可信值“和聲”中繼模式取消了繁雜的路由表，在集中器控制下系統自動(dòng)找到并持續調整最佳路由線(xiàn)路，使長(cháng)距離通訊變得簡(jiǎn)單可靠的同時(shí)極大地減少了施工維護工作量。智能同步、Repeater Call 模式的加入更是進(jìn)一步實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了優(yōu)化。

安森美半導體還為PLC應用專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了線(xiàn)路驅動(dòng)器--NCS5650。集成了高帶寬運算放大器和高達2A輸出電流的功率放大器。兩級運放的結構使其非常容易配制成4階低通濾波器，以便滿(mǎn)足各種規章（如EN 50065）對電力線(xiàn)高頻注入的嚴格限制。

安森美半導體的PLC解決方案非常適用于自動(dòng)化抄表、燈光控制、家用電器以及其它區域集中控制等場(chǎng)合。方案簡(jiǎn)單易用，實(shí)施效果和可靠性已在歐洲工業(yè)現場(chǎng)有超過(guò)8年的驗證。