HCPL-8100/0810电力线驱动器在窄带通信中的应用(图)

---采用交流市电作为传输媒介的窄带通信系统对当前的宽带通信技术是一个有效补充。传送视频影像、高保真音乐和互联网数据等要求使用宽带网络，而窄带电力线网络则适合家庭和工业领域中的简单应用。家庭领域中的应用包括自动抄表、照明控制、采暖、通风和空调(hvac)控制、设备和警报系统遥控。在工业环境中，其应用主要是远程控制、从传感器中检索数据及路灯管理。

---尽管各种形式的电力线承载的通信系统已经出现了几十年，但家庭和商业市场的发展速度一直没有达到预期水平，造成这种情况的原因包括国际规范/标准发展慢、电力网络本身具有技术限制和成本/经济考虑因素。
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为成功实现电力线通信这样的开放式通信系统，必需制定规则和标准，以保证每个节点都不会损坏整个网络的功能和性能，而不管其采用何种应用或来自哪家制造商。幸运的是，形势已经改观。在2001年，cenelec(欧洲电子技术标准化委员会)出版和更新了与低压电力网络通信有关的en50065系列法规，特别是en50065-1涵盖了与频段和干扰限制有关的重要要求，en50065-2-1概括了抗噪声能力要求，en50065-4-2概括了低压解耦滤波器和安全要求，en50065-7则描述了设备的阻抗特点。x10、konnex 1.0和ehs(欧洲家庭系统)等专用协议也已经发展，但它们代表着某些设备的专用标准，对其他制造商没有约束力。
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低阻抗与高电噪声是普通的家庭配电网络中的难题，它要求保证通信网络的每个器件(从耦合接口到使用的电力线收发机类型)相匹配，在任何条件下实现可靠通信。图1显示了与配电网络有关的噪声问题。在电噪声高的情况下，收到的信号信噪比明显下降。
---电力线网络的成本不仅仅是元器件和制造成本，还包括安装和配置成本，另外还有与通信节点耗电量有关的运营成本。每个通信节点的功耗必须尽可能低，因为这些节点一直开着，随时准备从远程发射机接收命令。
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安捷伦hcpl-8100/0810高电流线路驱动器功耗低、简单，并符合cenelec国际协议和标准，使电力线通信网络变得更加高效可靠。安捷伦还提供hcpl-800j daa(数据存取装置)芯片，为电力线调制解调器模拟前端(afe)提供了替代方案。

采用电力线作为通信媒介
---电力线传输媒介由与电力线相连的所有设备组成，包括家居配线电缆、家电布线、家电本身、操作面板和把操作面板连接到变压器上的接入电缆(火线、零线和地线)及变压器本身。由于变压器通常为一个以上的家庭服务，还必须考虑连接同一个变压器的所有家庭的负荷和布线。

电力线阻抗
 ---电力线阻抗受到多个因素影响，变化很大。研究数据表明，家庭交流市电的阻抗随着频率提高而提高，在100khz时最低可以在1.5～8ω之间。emi滤波器(除正常负荷外)似乎对阻抗的影响最大，这些emi滤波器由安全电容器和扼流圈组成，广泛用于家用设备中，如电脑、冰箱、洗衣机、电视和音响。对这些负荷，在150khz时预计信号衰减将高达50db，具体数值取决于所使用的变压器和负荷大小。

---电力线载波系统在信号电压/功率电平一定时的发送范围取决于配线网络的物理配置。对连接到同一个分支电路上的通信节点，典型的插入损耗约为5～15db。如果发送机和接收机位于不同的电路分支中，如使用配线架分开，那么会有大约10～20db的进一步衰减。在最坏情况条件下，发送信号的总衰减可以高达85db。

en50065规范/标准接受两种仿真市电网络，其符合cispr 16-1:1993第11.2款测量标准。但是，在实际电力线网络上进行的测量结果表明，这些仿真网络没有精确地表示实际电力线网络中的阻抗。为更好地评估实际信令系统的性能，必须与cispr 16-1仿真网络一起使用自适应网络。

电力线噪声
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连接到电力线承载系统的变压器二级装置上的设备会生成不同程度的线路噪声。噪声源包括灯光亮度调节器中使用的三端双向可控硅开关元件、马达、开关电源和荧光灯。三端双向可控硅开关生成的噪声与50hz的市电同步，表现为50hz的谐波。来自交流马达的噪声一般是异步的，不像三端双向可控硅开关生成的噪声那么强。
---自20世纪70年代开始，在电力线中广泛引入了两种新的噪声源：荧光灯电子镇流器和开关电源。在许多情况下，它们都有自己的工作频率，或产生3～148.5khz的谐波，在电力线通信频段范围内会导致杂散信号的产生。

采用hcpl-8100/0810及通信调制解调器

 ---安捷伦hcpl-8100/0810是一种高电流线路驱动器，适用于在低压(120/240vac)和中压(2kv)接入市电上实现电力线通信，其主要功能是为电力线收发机提供足够的驱动能力。除线路驱动器功能外，hcpl-8100/0810具有许多内置功能，如电压不足检测、负荷检测、温度过高检测和状态输出。图2是hcpl-8100/0810简化的方框图。
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hcpl-8100/0810可以用来把发送的信号从电力线调制解调器(plm)收发机直接耦合到电力线中，而不需通过信号变压器或光学隔离器，图3说明了怎样实现非隔离信号耦合。
---hcpl-8100/0810可以在3.5vpp时为9～450khz的信号频率提供高达1app的电流。耦合使用简单的lc网络完成，lc网络滤掉市电频率(50hz和谐波)，为来自收发机的载波信号提供调谐的传输频带。
---通过采用发送滤波器获得正弦曲线载波输入，设备的线路驱动输出可以实现en50065国际规范/标准要求的非常低的谐波失真(对第二个谐波及更高的谐波，应好于-60dbμvrms)电力线信号。
---hcpl-8100/0810还可以与隔离信号耦合接口一起使用。尽管hcpl-8100/0810线路驱动器在全负荷时3.5vpp的线路驱动器输出电压对大多数电力线通信已经足够了，但某些应用如自动抄表(amr)要求更高的载波信号电压。en50065-1规范的class-122允许对95～148.5khz之间的载频，在电力线市电上实现高达7vpp的信号电压。
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图4所示的耦合接口把电力线收发机的差分输出通过双hcpl-8100/0810线路驱动器和信号变压器连接到交流市电上，带有通过信号变压器的单端输出，为发送的信号提供高效的7vpp驱动电路，为低频交流市电电压(240vac、50hz或120vac、60hz)、噪声和噪声突发和浪涌提供可靠的滤波系统。由于能够降低发送信号的偶次谐波，推荐使用这种差分解决方案。
---对只提供单端发射机输出的收发机，建议采用图5中的电路。该电路提供了一种简单的方法，可以使驱动电压翻一番(提高6db)，而不会通过串联两个线路驱动器而损害电流驱动能力。对低于70khz的载频，cenelec规范中允许超过7vpp的电力线信号电压。通过提高信号变压器t1的线圈比率，可以实现这种信号电平。
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假设最大输入信号是1.75vpp，第一个线路驱动器(u1)的增益设为3。vout1将是3.5vpp，由于hcpl-8100/0810的反转效应，u2的vout2输出也是3.5vpp，但相位与vout1相差180