CN102355283B - 一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，包括电源管理模块、输入/输出状态选择模块、频率选择模块、三路切换模块、线性放大模块、滤波模块、解调模块、稳频模块、功率放大模块信号强度检测模块。芯片接收外围电路传输的FSK调制扩频载波信号，解调处理后向主控MCU输出解调码元信号和输入信号等效强度值；并接收主控MCU传输的FSK调制扩频数字信号，滤波处理后向外围电路输出FSK调制扩频模拟信号；芯片电源的供电可受主控MCU控制。本发明简化了系统板级设计，降低了系统设计的复杂度和成本，并可有效提高低压电力线载波通信的性能，提升低压电力线载波通信技术的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及低压电力线载波通信领域，具体是指一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，尤其涉及一种适用于工频同步过零分时传输的低压电力线载波通信方式所需的专用集成电路芯片。
背景技术
大量现场数据证明在低压电力线这种传输介质上利用载波信号进行通信是完全可行的，而使用外围器件搭建的解调电路无法满足低压电力线载波通信高噪声下所需的解调性能，所以利用解调芯片进行载波通信将能取得更加优秀的通信效果。
目前的解调芯片都需要搭建外围滤波电路完成滤除噪声干扰的功能，外围滤波电路器件的选择不仅严重影响整体载波信号解调性能，并给后期使用带来诸多系统设计的复杂度和成本问题。并且无法进行不同载波通信频点的解调，针对工频同步过零分时传输的低压电力线载波通信方式、输入信号强度检测和芯片功耗可控几个方面都无有效应用实现方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，以解决现有低压电力线载波通信领域解调芯片所需外围滤波电路一致性差，且无法进行不同载波通信频点解调的问题。并增加适用工频同步过零检测的低压电力线载波通信方式的工作调度功能，输入信号强度检测功能和芯片功耗可控功能。
本发明提供一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，包括电源管理模块、输入/输出状态选择模块、频率选择模块、三路切换模块、线性放大模块、滤波模块、解调模块、稳频模块、功率放大模块和信号强度检测模块，其特征在于，三路切换模块、频率选择模块、输入/输出状态选择模块和电源管理模块属于控制模块，接收主控MCU传输的控制信号，对芯片工作状态进行设置。线性放大模块、滤波模块、解调模块、稳频模块、功率放大模块和信号强度检测模块属于功能模块，接收外围电路传输的FSK调制扩频载波信号，解调处理后向主控MCU输出解调码元信号和输入信号等效强度值；并接收主控MCU传输的FSK调制扩频数字信号，滤波处理后向外围电路输出FSK调制扩频模拟信号。
其中，电源管理模块接收主控MCU传输的电源控制信号，管理芯片内部电源模块的工作状态，实现不同工作时间芯片能耗的有效管理。输入/输出状态选择模块接收主控MCU传输的状态选择信号，控制芯片在输入解调状态和输出滤波状态之间相互切换。频率选择模块接收主控MCU传输的频率选择信号，选择滤波模块、解调模块和稳频模块内部匹配电路，保证三者工作中心频率为所需频率。三路切换模块接收主控MCU传输的切换选择信号，控制芯片在不同时间接收三路外围电路其中之一传输的FSK调制扩频载波信号。
在输入解调状态下，线性放大模块接收经过三路切换模块选择的外围电路传输的FSK调制扩频载波信号，将信号线性放大后传输给滤波模块，滤波模块滤除带外噪声干扰后传输给解调模块，最终由解调模块实现载波信号的解调并输出码元信号给主控MCU，稳频模块则利用反馈机制保证解调模块工作频率稳定。
在输入解调状态下，经过滤波模块的载波信号同时传输给信号强度检测模块，由信号强度检测模块完成载波信号的检测，并按幅度等级划分等效强度值，最后将等效强度值输出给主控MCU。
在输出滤波状态下，滤波模块接收主控MCU传输的FSK调制扩频数字信号，滤波处理后经过功率放大模块功率放大后，向三路切换模块选择的外围电路输出FSK调制扩频模拟信号。
本发明提供的适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，在完成原有外围电路+解调芯片模式功能的同时，增加调制数字信号滤波输出功能，适用工频同步过零检测的低压电力线载波通信方式的工作调度功能，输入信号强度检测功能和芯片功耗可控，不仅简化了系统板级设计，降低了系统设计的复杂度和成本，并可有效提高低压电力线载波通信的性能，提升低压电力线载波通信技术的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明芯片的内部结构图；
图2为本发明芯片一实施例的系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的一个适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片实施例的内部结构图。芯片在低压电力线载波通信中完成输入解调、输出滤波、信号强度检测三部分功能，并且芯片功耗具备可控性。如图1所示，该芯片具体包括电源管理模块、输入/输出状态选择模块、频率选择模块、三路切换模块、线性放大模块、滤波模块、解调模块、稳频模块、功率放大模块和信号强度检测模块图2为低压电力线载波通信专用集成电路芯片实施例与外围电路和主控MCU信号交互的一个系统结构图。
具体的，芯片控制类模块包括电源管理模块、输入/输出状态选择模块、频率选择模块、三路切换模块，四者皆由主控MCU连接相应控制管脚，用相应电平信号控制芯片处于相应工作状态。电源管理模块接收主控MCU传输的电源控制信号，管理芯片内部电源模块的工作状态，实现不同工作时间芯片能耗的有效管理，达到静态功耗和动态功耗合理控制，以实现节约能耗的效果；输入/输出状态选择模块接收主控MCU传输的状态选择信号，控制芯片在输入解调状态和输出滤波状态之间相互切换，保证芯片具备输入解调和输出滤波的双向传输功能；频率选择模块接收主控MCU传输的频率选择信号，选择滤波模块、解调模块和稳频模块内部匹配电路，保证三者工作中心频率为所需频率，从而满足低压电力线载波通信中心频率不同的应用环境；三路切换模块接收主控MCU传输的切换选择信号，控制芯片在不同时间接收三路外围电路其中之一传输的FSK调制扩频载波信号，保证芯片适用于工频同步过零通信的低压电力线载波通信方案，分别相应相位的低压电力线交流电过零时切换相应接收通道。
芯片功能类模块主要实现输入解调、信号强度检测和输出滤波。其中输入解调功能由线性放大模块、滤波模块、解调模块和稳频模块组合实现，保证芯片在低压电力线高噪声干扰环境解调小幅度载波信号。此时芯片处于输入状态，线性放大模块接收经过三路切换模块选择的外围电路传输的FSK调制扩频载波信号，线性放大载波信号后经滤波模块滤除带外噪声干扰，滤波模块可为一阶滤波器和三阶滤波器组合，二者均保证优秀的载波通信频带特性，此种组合能有效滤除非载波通信频点的干扰噪声；稳频模块和解调模块处理后将输出相应解调码元信号，码元信号若再经一阶滤波器输出给主控MCU处理将性能更加优秀。
信号强度检测功能由信号强度检测模块实现。在输入解调状态下，输入的载波信号不仅经过输入解调部分实现输出码元信号，同时在经滤波模块滤除带外噪声干扰，会经过信号强度检测模块检测出载波信号的等效强度值并输出给主控MCU。主控MCU还可通过信号强度检测模块对信号强度检测模块的输入载波信号采样点进行选择，以达到准确分辨输入载波信号的等效信号强度值。
输出滤波功能由功率放大模块和滤波模块组合实现，保证芯片在低压电力线不同输入阻抗下表现相同的馈网性能。此时芯片处于输出滤波状态，FSK调制数字信号由主控MCU输出，经过滤波模块完成滤波处理，即实现数字信号向模拟信号的转换；功率放大模块再将FSK调制模拟信号功率放大后向三路切换模块选择的外围电路输出FSK调制扩频模拟信号，其中为了满足工频同步过零通信的低压电力线载波通信方案，功率放大模块需保证支持分时发送的功能，即可实现启动和停止的快速切换。
本发明提供的适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，在完成原有外围电路+解调芯片模式功能的同时，增加调制数字信号滤波输出功能，适用工频同步过零检测的低压电力线载波通信方式的工作调度功能，输入信号强度检测功能和芯片功耗可控，不仅简化了系统板级设计，降低了系统设计的复杂度和成本，并可有效提高低压电力线载波通信的性能，提升低压电力线载波通信技术的应用前景。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，芯片在包括控制模块、功能模块和主控MCU模块；
所述控制模块包括：电源管理模块、输入/输出状态选择模块、频率选择模块和三路切换模块；所述主控MCU模块和所述电源管理模块、所述输入/输出状态选择模块、所述频率选择模块和所述三路切换模块连接；
所述功能模块包括：线性放大器模块、功率放大模块、滤波模块、解调模块、稳频模块和信号强度检测模块；所述线性放大器模块与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述解调模块、所述功率放大模块、所述信号强度检测模块和所述主控MCU模块连接，所述稳频模块与所述解调模块连接，所述解调模块与所述主控MCU模块连接，所述信号强度检测模块与所述主控MCU模块连接。
2.如权利要求1所述的一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，控制模块接收主控MCU模块传输的控制信号，对芯片工作状态进行设置。
3.如权利要求1所述的一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，功能模块处于输入解调状态，线性放大模块接收经过三路切换模块选择的外围电路传输的调制载波信号，将信号线性放大后传输给滤波模块，滤波模块滤除带外噪声干扰后传输给解调模块，最终由解调模块实现载波信号的解调并输出码元信号给主控MCU模块，稳频模块则利用反馈机制保证解调模块工作频率稳定；经过滤波模块的载波信号同时传输给信号强度检测模块，由信号强度检测模块完成载波信号的检测，并按幅度等级划分等效强度值，最后将等效强度值输出给主控MCU模块。
4.如权利要求1所述的一种适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，功能模块处于输出滤波状态，滤波模块接收主控MCU模块传输的调制数字信号，滤波处理后经过功率放大模块功率放大后，向三路切换模块选择的外围电路输出调制模拟信号。
5.如权利要求1所述的适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，电源管理模块接收主控MCU模块传输的电源控制信号，管理芯片内部电源模块的工作状态，实现不同工作时间芯片能耗的有效管理。
6.如权利要求1所述的适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，频率选择模块接收主控MCU模块传输的频率选择信号，选择滤波模块、解调模块和稳频模块内部匹配电路，保证三者工作中心频率为所需通信频率，使芯片适用于国内/国外对不同载波通信频率的要求。
7.如权利要求1所述的适用于低压电力线载波通信的专用集成电路芯片，其特征在于，所述三路切换模块接收主控MCU模块传输的切换选择信号，控制芯片在不同时间接收三路外围电路其中之一传输的调制载波信号；输入/输出状态选择模块接收主控MCU模块传输的状态选择信号，控制芯片在输入解调状态和输出滤波状态之间相互切换；方便适用三相交流市电工频同步分时传输的低压电力线载波通信方式。
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