CN101359933B - Dc线载波通信器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DC线载波通信器，其特征在于：由发射单元和接收单元组成，其中发射单元设置有调制器，调制器、载波发生器、数据缓冲器、推挽驱动器和低通滤波器；其中接收单元设置有限幅器、带通滤波器、选频放大器、射极跟随器、包络检波器、电压比较器和参考电压源。本发明的显著效果是：结构简单、成本低廉，能向负载提供数安至数十安的大直流电，并保证了电流的供电质量，增强了通信器的干扰能力弱，也增强了数据传输的保密性。
Description
技术领域
本发明属于有线网络通信设备，具体地说，具体涉及一种DC线载波通信器。
背景技术
随着电子技术和嵌入式系统平台的长足发展，一个应用系统中由多个协处理器同一个总处理器协同工作的情况越来越普遍，而在大量的应用中，协处理器和总处理器的距离较远，其间的通信成为系统设计时需要重点考虑的问题。采用电缆，光纤作为通信载体固然能够得到较高的稳定性，然而会增加系统成本和硬件连线的复杂程度。在某些特殊的情况下，比如总处理器和协处理器之间的连线数量有限制，建立一条专用的有线通信载体是不可实施的，这种情况下不得不采用无线通信。但是，无线通信的可靠性和抗干扰性远远低于有线通信，而且成本也大大高于有线通信，在同时处理多个从设备时要引入复杂的地址编码算法，使得系统的可靠性和可实施性大大下降。
为此，出现了基于供电线路为通信载体的DC总线通信技术，是通过载波调制技术进行通信。充分利用了现有的供电线路资源，无需专用的通信线路就能进行通信，避免了重复投资。如Dal las公司的onewire通信技术。其实现原理是：通过控制DC线上“0电平”的时隙来达到信息传输的目的，其通信的基带信号并没通过调制。
但现有DC总线通信技术的缺点是：其通信的基带信号并没通过调制，DC总供电电源是高内阻的，只能给负载设备提供最多数十毫安的小直流电，并且控制DC线上“0电平”的时隙进行数据传输，也影响了直流电的供电质量，数据传输的抗干扰能力弱、保密性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种DC线载波通信器，可以对通信的基带信号进行调制，能向负载提供数安至数十安的大直流电，并能保证电流的供电质量。
为达到上述目的，本发明表述一种DC线载波通信器，其特征在于：由发射单元和接收单元组成，
其中发射单元设置有调制器，该调制器的第一输入端接收载波发生器发出的载波信号，所述调制器的第二输入端连接在数据缓冲器的输出端上，所述调制器的输出端输出调制信号给推挽驱动器，该推挽驱动器的输出端输出放大的调制信号给低通滤波器，该低通滤波器的输出端输出数据到直流DC线上；
其中接收单元设置有限幅器，该限幅器的输入端接收所述DC线上的数据，限幅器的输出端输出信号给带通滤波器，该带通滤波器的输出端输出滤波后信号给选频放大器，该选频放大器的输出端输出放大信号给射极跟随器，该射极跟随器的输出端输出信号给包络检波器，该包络检波器的输出端输出数字基带信号给电压比较器的反向输入端，该电压比较器的正向输入端接收参考电压源输出的参考电压，该电压比较器的输出端输出数字信号。
发射单元和接收单元分别对通信的基带信号进行调制和解调，能向负载提供数安至数十安的大直流电，并保证了电流的供电质量，增强了通信器的干扰能力弱，也增强了数据传输的保密性。
所述载波发生器由与非门，晶振，十四、十五电容和十三、十四电阻构成，其中所述晶振的第一端串所述十四电容后接地，该第一端串所述十三电阻后，再与所述与非门的输出端连接，所述晶振的第二端串所述十五电容后接地，该第二端串所述十四电阻后，再与所述与非门的输出端连接，该第二端还与所述与非门的两个输入端连接，，该与非门的输出端输出载波信号给所述调制器；
载波发生器：产生在DC线路上进行传输的载波信号。
所述数据缓冲器为与非门，该与非门的两个输入端并接在一起接收外界输入的数字信号，该与非门的输出端输出信号给所述调制器；
数据缓冲器：接收外界信号源输入的数字信号，并缓冲输入的数字信号，防止对前级信号源产生干扰。
所述调制器包括与非门，该与非门的输出端串十二电阻后，再连接所述推挽驱动器。
调制器：产生ASK调制波。
所述推挽驱动器由第三、第四三极管组成，所述第三、第四三极管的基极并接在一起接受所述调制信号，其中第三三极管的集电极接低压直流电平，该第三三极管的发射极连接所述低通滤波器，该第三三极管的发射极还连接所述第四三极管的集电极，该第四三极管的发射极接地。
推挽驱动器：放大电流，以驱动已经调制的ASK载波信号到DC总线。
所述低通滤波器由第四电感和十一、十二、十三电容组成，其中所述十二电容的一端连接所述推挽驱动器，十二电容的另一端连接所述第四电感的前端，该第四电感的前端串所述十三电容后接地，该第四电感的后端串所述十一电容(C11)后接地，该第四电感的后端输出数据到直流DC线上。
低通滤波器：对已调信号进行滤波，滤除不需要的高次谐波分量以减少对周围设备和DC总线的干扰。
所述限幅器由第一电容、第一电阻、第一二极管、和第二二极管构成，其中第一电容的前端接收直流DC线上的数据，该第一电容的后端接所述第一二极管的正极，该第一二极管的负极接地，该第一电容的后端接所述第二二极管的负极，该第二二极管的正极接地，该第一电容的后端还输出信号给所述带通滤波器。
限幅器：限制DC总线输入信号的幅度，保护后续的选频放大器不会过载。
所述带通滤波器由第一电感、第二电感(L2)、第二电容(C2)和第三电容(C3)组成，其中第一电感的前端连接所述限幅器的输出端，该第一电感的后端串所述第二电容(C2)后接地，该第一电感的后端串所述第二电感(L2)后接地，该第一电感的后端还接所述第三电容(C3)的前端，该第三电容(C3)的后端连接所述选频放大器。
带通滤波器：对DC总线上的已调信号进行滤波，以隔离无用的干扰信号，选出有用的已调信号，提高信噪比和抗干扰能力。
所述选频放大器由第二电阻、第三电阻、第五电容、第六电容、第一三极管和第三电感构成，其中第一三极管的基极连接所述带通滤波器，该基极还经所述第二电阻与低压直流电平连接，第一三极管的发射极经所述第三电阻接地，该发射极还串所述第六电容后，与地连接，该第一三极管的集电极经所述第三电感与低压直流电平连接，该集电极还串所述第五电容后，与低压直流电平连接，该集电极连接所述射极跟随器。
选频放大器：对已调信号进行放大，以便后续包络检波器的处理。
所述射极跟随器由第五电容、第四电容、第七电容、第四电阻、第五电阻和第二三极管组成，其中第四电容的前端连接所述选频放大器，该第四电容的后端串所述第四电阻后，与低压直流电平连接，该第四电容的后端还连接所述第二三极管的基极，该第二三极管的集电极与低压直流电平连接，发射极串所述第五电阻后，与地连接，该发射极还连接所述第七电容的前端，该第七电容的后端与所述包络检波器连接。
射极跟随器：缓冲已经放大的信号，避免对前级放大电路产生干扰同时提高对后级的驱动能力。
所述包络检波器由第六电阻、第七电阻、第八电容和第三二极管构成，其中第三二极管的正极连接所述射极跟随器，该正极串所述第六电阻与地连接，该第三二极管的负极经所述第七电阻与地连接，该负极还连接所述第八电容的一端，该第八电容的另一端接地，所述第三二极管的负极连接所述电压比较器的反向输入端；
包络检波器：对已调ASK信号进行包络检波，解调出数字基带信号。
所述参考电压源由第八电阻、第四二极管、第九电容构成，其中第八电阻的一端与低压直流电平连接，另一端与所述第四二极管的正极连接，该第四二极管的负极接地，该第四二极管的正极与地之间串接所述第九电容，该该第四二极管的正极还连接所述电压比较器的正向输入端。
参考电压源：给电压比较器提供比较参考电压。
所述电压比较器由十一电阻、第十电容和比较器构成，其中比较器的正向输入端连接所述参考电压源，比较器的反向输入端连接所述包络检波器，比较器的正向输入端与反向输入端之间连接所述第十电容，该比较器的输出端串所述十一电阻后，与低压直流电平连接，该比较器的输出端输出数字信号。
电压比较器：对解调出的数字基带信号进行整形，同时通过设置参考电压源的阀值可以提高电路的抗干扰能力。
本发明的显著效果是：提供了一种结构简单、成本低廉的DC线载波通信器，能向负载提供数安至数十安的大直流电，并保证了电流的供电质量，增强了通信器的干扰能力弱，也增强了数据传输的保密性。
附图说明
图1是本发明的功能框图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：一种DC线载波通信器，由发射单元和接收单元组成，
其中发射单元设置有调制器3，该调制器3的第一输入端接收载波发生器1发出的载波信号，所述调制器3的第二输入端连接在数据缓冲器2的输出端上，所述调制器3的输出端输出调制信号给推挽驱动器4，该推挽驱动器4的输出端输出放大的调制信号给低通滤波器5，该低通滤波器5的输出端输出数据到直流DC线上；
其中接收单元设置有限幅器6，该限幅器6的输入端接收所述DC线上的数据，限幅器6的输出端输出信号给带通滤波器7，该带通滤波器7的输出端输出滤波后信号给选频放大器8，该选频放大器8的输出端输出放大信号给射极跟随器9，该射极跟随器9的输出端输出信号给包络检波器10，该包络检波器10的输出端输出数字基带信号给电压比较器11的反向输入端，该电压比较器11的正向输入端接收参考电压源12输出的参考电压，该电压比较器11的输出端输出数字信号。
所述载波发生器1由与非门U2C，晶振X1，十四、十五电容C14、C15和十三、十四电阻R13、R14构成，其中所述晶振X1的第一端串所述十四电容C14后接地，该第一端串所述十三电阻R13后，再与所述与非门U2C的输出端连接，所述晶振X1的第二端串所述十五电容C15后接地，该第二端串所述十四电阻R14后，再与所述与非门U2C的输出端连接，该第二端还与所述与非门U2C的两个输入端连接，，该与非门U2C的输出端输出载波信号给所述调制器3；
所述数据缓冲器2为与非门U2B，该与非门U2B的两个输入端并接在一起接收外界输入的数字信号，该与非门U2B的输出端输出信号给所述调制器3；
所述调制器3包括与非门U2A，该与非门U2A的输出端串十二电阻R12后，再连接所述推挽驱动器4。
所述推挽驱动器4由第三、第四三极管Q3、Q4组成，所述第三、第四三极管Q3、Q4的基极并接在一起接受所述调制信号，其中第三三极管Q3的集电极接低压直流电平，该第三三极管Q3的发射极连接所述低通滤波器5，该第三三极管Q3的发射极还连接所述第四三极管Q4的集电极，该第四三极管Q4的发射极接地。
所述低通滤波器5由第四电感L4和十一、十二、十三电容C11、C12、C13组成，其中所述十二电容C12的一端连接所述推挽驱动器4，十二电容C12的另一端连接所述第四电感L4的前端，该第四电感L4的前端串所述十三电容C13后接地，该第四电感L4的后端串所述十一电容C11后接地，该第四电感L4的后端输出数据到直流DC线上。
所述限幅器6由第一电容C1、第一电阻R1、第一二极管D1、和第二二极管D2构成，其中第一电容C1的前端接收直流DC线上的数据，该第一电容C1的后端接所述第一二极管D1的正极，该第一二极管D1的负极接地，该第一电容C1的后端接所述第二二极管D2的负极，该第二二极管D2的正极接地，该第一电容C1的后端还输出信号给所述带通滤波器7。
所述带通滤波器7由第一电感L1、第二电感L2、第二电容C2和第三电容C3组成，其中第一电感L1的前端连接所述限幅器6的输出端，该第一电感L1的后端串所述第二电容C2后接地，该第一电感L1的后端串所述第二电感L2后接地，该第一电感L1的后端还接所述第三电容C3的前端，该第三电容C3的后端连接所述选频放大器8。
所述选频放大器8由第二电阻R2、第三电阻R3、第五电容C5、第六电容C6、第一三极管Q1和第三电感L3构成，其中第一三极管Q1的基极连接所述带通滤波器7，该基极还经所述第二电阻R2与低压直流电平连接，第一三极管Q1的发射极经所述第三电阻R3接地，该发射极还串所述第六电容C6后，与地连接，该第一三极管Q1的集电极经所述第三电感L3与低压直流电平连接，该集电极还串所述第五电容C5后，与低压直流电平连接，该集电极连接所述射极跟随器9。
所述射极跟随器9由第五电容C5、第四电容C4、第七电容C7、第四电阻R4、第五电阻R5和第二三极管Q2组成，其中第四电容C4的前端连接所述选频放大器8，该第四电容C4的后端串所述第四电阻R4后，与低压直流电平连接，该第四电容C4的后端还连接所述第二三极管Q2的基极，该第二三极管Q2的集电极与低压直流电平连接，发射极串所述第五电阻R5后，与地连接，该发射极还连接所述第七电容C7的前端，该第七电容C7的后端与所述包络检波器10连接。
所述包络检波器10由第六电阻R6、第七电阻R7、第八电容C8和第三二极管D3构成，其中第三二极管D3的正极连接所述射极跟随器9，该正极串所述第六电阻R6与地连接，该第三二极管D3的负极经所述第七电阻R7与地连接，该负极还连接所述第八电容C8的一端，该第八电容C8的另一端接地，所述第三二极管D3的负极连接所述电压比较器11的反向输入端；
所述参考电压源12由第八电阻R8、第四二极管D4、第九电容C9构成，其中第八电阻R8的一端与低压直流电平连接，另一端与所述第四二极管D4的正极连接，该第四二极管D4的负极接地，该第四二极管D4的正极与地之间串接所述第九电容C9，该该第四二极管D4的正极还连接所述电压比较器11的正向输入端。
所述电压比较器11由十一电阻R11、第十电容C10和比较器U1构成，其中比较器U1的正向输入端连接所述参考电压源12，比较器U1的反向输入端连接所述包络检波器10，比较器U1的正向输入端与反向输入端之间连接所述第十电容C10，该比较器U1的输出端串所述十一电阻R11后，与低压直流电平连接，该比较器U1的输出端输出数字信号。
其工作原理是：
发射单元：
载波发生器1：产生在DC线路上进行传输的载波信号。
数据缓冲器2：接收外界信号源输入的数字信号，并缓冲输入的数字信号，防止对前级信号源产生干扰。
调制器3：产生ASK调制波。
推挽驱动器4：放大电流，以驱动已经调制的ASK载波信号到DC总线。
低通滤波器5：对已调信号进行滤波，滤除不需要的高次谐波分量以减少对周围设备和DC总线的干扰。
接收单元：
限幅器6：限制DC总线输入信号的幅度，保护后续的选频放大器不会过载。
带通滤波器7：对DC总线上的已调信号进行滤波，以隔离无用的干扰信号，选出有用的已调信号，提高信噪比和抗干扰能力。
选频放大器8：对已调信号进行放大，以便后续包络检波器10的处理。
射极跟随器9：缓冲已经放大的信号，避免对前级放大电路产生干扰同时提高对后级的驱动能力。
包络检波器10：对已调ASK信号进行包络检波，解调出数字基带信号。
参考电压源12：给电压比较器提供比较参考电压。
电压比较器11：对解调出的数字基带信号进行整形，同时通过设置参考电压源的阀值可以提高电路的抗干扰能力。
Claims (10)
1.一种DC线载波通信器，其特征在于：由发射单元和接收单元组成，
其中发射单元设置有调制器(3)，该调制器(3)的第一输入端接收载波发生器(1)发出的载波信号，所述调制器(3)的第二输入端连接在数据缓冲器(2)的输出端上，所述调制器(3)的输出端输出调制信号给推挽驱动器(4)，该推挽驱动器(4)的输出端输出放大的调制信号给低通滤波器(5)，该低通滤波器(5)的输出端输出数据到直流DC线上；
其中接收单元设置有限幅器(6)，该限幅器(6)的输入端接收所述DC线上的数据，限幅器(6)的输出端输出信号给带通滤波器(7)，该带通滤波器(7)的输出端输出滤波后信号给选频放大器(8)，该选频放大器(8)的输出端输出放大信号给射极跟随器(9)，该射极跟随器(9)的输出端输出信号给包络检波器(10)，该包络检波器(10)的输出端输出数字基带信号给电压比较器(11)的反向输入端，该电压比较器(11)的正向输入端接收参考电压源(12)输出的参考电压，该电压比较器(11)的输出端输出数字信号。
2.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述载波发生器(1)由与非门(U2C)，晶振(X1)，十四、十五电容(C14、C15)和十三、十四电阻(R13、R14)构成，其中所述晶振(X1)的第一端串所述十四电容(C14)后接地，该第一端串所述十三电阻(R13)后，再与所述与非门(U2C)的输出端连接，所述晶振(X1)的第二端串所述十五电容(C15)后接地，该第二端串所述十四电阻(R14)后，再与所述与非门(U2C)的输出端连接，该第二端还与所述与非门(U2C)的两个输入端连接，该与非门(U2C)的输出端输出载波信号给所述调制器(3)；
所述数据缓冲器(2)为与非门(U2B)，该与非门(U2B)的两个输入端并接在一起接收外界输入的数字信号，该与非门(U2B)的输出端输出信号给所述调制器(3)；
所述调制器(3)包括与非门(U2A)，该与非门(U2A)的输出端串十二电阻(R12)后，再连接所述推挽驱动器(4)。
3.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述推挽驱动器(4)由第三、第四三极管(Q3、Q4)组成，所述第三、第四三极管(Q3、Q4)的基极并接在一起接受所述调制信号，其中第三三极管(Q3)的集电极接低压直流电平，该第三三极管(Q3)的发射极连接所述低通滤波器(5)，该第三三极管(Q3)的发射极还连接所述第四三极管(Q4)的集电极，该第四三极管(Q4)的发射极接地。
4.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述低通滤波器(5)由第四电感(L4)和十一、十二、十三电容(C11、C12、C13)组成，其中所述十二电容(C12)的一端连接所述推挽驱动器(4)，十二电容(C12)的另一端连接所述第四电感(L4)的前端，该第四电感(L4)的前端串所述十三电容(C13)后接地，该第四电感(L4)的后端串所述十一电容(C11)后接地，该第四电感(L4)的后端输出数据到直流DC线上。
5.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述限幅器(6)由第一电容(C1)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)、和第二二极管(D2)构成，其中第一电容(C1)的前端接收直流DC线上的数据，该第一电容(C1)的后端接所述第一二极管(D1)的正极，该第一二极管(D1)的负极接地，该第一电容(C1)的后端接所述第二二极管(D2)的负极，该第二二极管(D2)的正极接地，该第一电容(C1)的后端还输出信号给所述带通滤波器(7)。
6.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述带通滤波器(7)由第一电感(L1)、第二电感(L2)、第二电容(C2)和第三电容(C3)组成，其中第一电感(L1)的前端连接所述限幅器(6)的输出端，该第一电感(L1)的后端串所述第二电容(C2)后接地，该第一电感(L1)的后端串所述第二电感(L2)后接地，该第一电感(L1)的后端还接所述第三电容(C3)的前端，该第三电容(C3)的后端连接所述选频放大器(8)。
7.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述选频放大器(8)由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第一三极管(Q1)和第三电感(L3)构成，其中第一三极管(Q1)的基极连接所述带通滤波器(7)，该基极还经所述第二电阻(R2)与低压直流电平连接，第一三极管(Q1)的发射极经所述第三电阻(R3)接地，该发射极还串所述第六电容(C6)后，与地连接，该第一三极管(Q1)的集电极经所述第三电感(L3)与低压直流电平连接，该集电极还串所述第五电容(C5)后，与低压直流电平连接，该集电极连接所述射极跟随器(9)。
8.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述射极跟随器(9)由第五电容(C5)、第四电容(C4)、第七电容(C7)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第二三极管(Q2)组成，其中第四电容(C4)的前端连接所述选频放大器(8)，该第四电容(C4)的后端串所述第四电阻(R4)后，与低压直流电平连接，该第四电容(C4)的后端还连接所述第二三极管(Q2)的基极，该第二三极管(Q2)的集电极与低压直流电平连接，发射极串所述第五电阻(R5)后，与地连接，该发射极还连接所述第七电容(C7)的前端，该第七电容(C7)的后端与所述包络检波器(10)连接。
9.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述包络检波器(10)由第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电容(C8)和第三二极管(D3)构成，其中第三二极管(D3)的正极连接所述射极跟随器(9)，该正极串所述第六电阻(R6)与地连接，该第三二极管(D3)的负极经所述第七电阻(R7)与地连接，该负极还连接所述第八电容(C8)的一端，该第八电容(C8)的另一端接地，所述第三二极管(D3)的负极连接所述电压比较器(11)的反向输入端；
所述参考电压源(12)由第八电阻(R8)、第四二极管(D4)、第九电容(C9)构成，其中第八电阻(R8)的一端与低压直流电平连接，另一端与所述第四二极管(D4)的正极连接，该第四二极管(D4)的负极接地，该第四二极管(D4)的正极与地之间串接所述第九电容(C9)，该第四二极管(D4)的正极还连接所述电压比较器(11)的正向输入端。
10.根据权利要求1所述DC线载波通信器，其特征在于：所述电压比较器(11)由十一电阻(R11)、第十电容(C10)和比较器(U1)构成，其中比较器(U1)的正向输入端连接所述参考电压源(12)，比较器(U1)的反向输入端连接所述包络检波器(10)，比较器(U1)的正向输入端与反向输入端之间连接所述第十电容(C10)，该比较器(U1)的输出端串所述十一电阻(R11)后，与低压直流电平连接，该比较器(U1)的输出端输出数字信号。
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