CN111030733B - 一种基于直流供电线的用于通信的总线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种基于直流供电线的总线系统，至少包括耦合模块和分离模块，耦合模块能够利用直流供电装置按照差分电力载波的方式传输载波通信信号至分离模块，其中：耦合模块被配置为：直流供电装置的载波电流通过第一感抗隔离模块进行初步隔离并通过第一阻抗转换模块进行二次隔离，从而在第一感抗隔离模块无法有效隔离电流值较高的载波电流的噪声的情况下，保证第一阻抗转换模块能够对载波电流形成带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，耦合模块的负荷信息流通过载波发生模块进行差分并生成载波通信信号，载波通信信号和稳定载波电流通过耦合模块进行耦合并生成高信噪比的带有载波通信信号的载波电流。

Description

一种基于直流供电线的用于通信的总线系统

技术领域

本发明涉及载波通信技术领域，尤其涉及一种基于直流供电线的用于通信的总线系统。

背景技术

电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

电力线载波通信(power line carrier communication)以输电线路为载波通信信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波通信信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。

电力线通信技术(Power Line Communication)出现于20世纪20年代初期。它是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响。

电力线载波通信与一般架空线载波通信的不同点是：在同一电网内可用的频谱范围自8kHz～500kHz，只能开通有限的通道,如每个单向通道需占用标准频带4kHz,则该频带不能重复使用，否则将产生严重的串音干扰。故一般电力线载波设备均采用单路单边带体制，每条通道双向占用2×4kHz带宽,总共61条电路。如果需要开更多电路，则必须采取加装电网高频分割滤波器的隔离措施。

电力线载波通信分为交流载波通信和直流载波通信，其中交流载波通信技术较成熟、应用较广泛，但直流载波通信的应用受到技术的成熟度和实现的复杂度在市面上还没有大范围的应用。

在小型化或电磁环境复杂的环境中，例如：在卫星内，不适合使用无线通讯手段，并且电磁环境复杂，目前常用的通讯手段为使用交流载波装置、同轴线缆和射频线信号载波传输中的一种或多种，但是以上通讯手段中由于寄生参数复杂，负载情况不明或会产生动态变化，无法提供可靠的匹配方案。而直流载波通信则能够有效地克服以上环境问题。

但是目前直流载波通信仍存在多种技术问题：

1、现有直流载波通信中，受限于载波调制的方式导致载波通信速率较低；

2、现有直流载波通信中，载波通信适应的直流输电电压范围较小；

3、现有直流载波通信中，载波耦合方式较复杂且对直流输电线供电功率及电压范围有限制；

4、由于受到用电负荷的影响，电源能实际上具有动态响应，进而造成直流电流中叠加了交流电流的成分，进而在用电载荷发生变化时会产生纹波。纹波(ripple)是直流稳定电路中由于负载变化而在直流成分中产生交流成分。纹波的成分较为复杂。该纹波是一种频率较高的谐波或者宽度较窄的脉冲波，进而在与高频通讯信号耦合时对通讯信号造成干扰，而不利于信号的解调。

综上所述，直流载波通信在载波通信方面具有极高的应用前景，如果能够克服其受谐波干扰等问题，能够预料在载波通信方面的应用会得到很大发展。此外，直流载波通信在天文物理研究方面也具有广阔的应用前景，能够在小型化或电磁环境复杂(不适合无线)的环境中，例如卫星内，将信号利用既有的12V或5V直流供电线在内部模块间进行低噪声信号传输。

中国专利(公开号为CN1077431A)公开了一种基于差分耦合的低压直流载波通信电路，包括依次连接的差分信号耦合电路、差分信号收发芯片和微处理芯片；差分信号耦合电路与直流输电线连接，差分信号耦合电路与直流输电线之间并联宽输入降压DC-DC模块。该专利还公开了一种基于差分耦合的低压直流载波通信电路的实现方法。该专利具有结构简单、造价便宜、低压直流载波数据通信、载波通信电压范围宽、耦合方式简易、抗干扰能力强、通信稳定、通信速率快、通信带载节点数多、通信距离长等特点。

该专利的发送方案存在较大的噪声问题，在该专利的电路中，该专利中的DC-DC转换器的滤波电容将吸收大部分有用载波通信信号，从而带来大量的开关噪声。并且其DC-DC转换器的输出端对应的是D+端差分信号耦合电容，地线对应的是D-端差分信号耦合电容，DC-DC转换器本身没有输出地信号的参考，具有一定的安全缺陷。

中国专利(公开号为CN109120307A)公开了一种电力线载波通信系统及其带通匹配耦合器，所述系统包括发送端、接收装置和电力线端；所述发送端和或接收装置与电力线端之间连接有带通匹配耦合器；所述带通匹配耦合器包括：耦合电路：用于耦合和带通滤波；阻抗匹配电路：用于实现发送端和或接收装置与电力线端之间的阻抗匹配，以实现最大信号功率传输。耦合电路是一个带通滤波器，当与阻抗匹配电路结合使用时，它被升级为一个经济紧凑的耦合器。该专利提供的带通匹配耦合器可用于取代直流电力线通信中的耦合变压器，以确保在直流电力线通信过程中具有更加精确的阻抗匹配。本发明的带通匹配耦合器尺寸小，造价低，适合大面积推广使用，为直流电力线通信中阻抗匹配的设计提供了重要思路。

中国专利(公开号为CN102811073B)公开了一种使用直流载波的传送装置及使用直流载波的接收装置，使用直流载波的传送装置包含一微控制器单元、一传送端通讯电路单元、一感抗单元、一隔离直流单元及一直流电源与信号输出端。该微控制器单元用以接收一信息信号；该传送端通讯电路单元用以将该信息信号转换成一通讯信号；该感抗单元用以接收一直流电源；该隔离直流单元用以避免该直流电源影响该传送端通讯电路单元；该直流电源与信号输出端用以发送该直流电源及该通讯信号至一电线。该专利还揭示一种使用直流载波的接收装置。该专利可用一电线同时传送(接收)直流电源及通讯信号，以节省人工成本及电线成本。

该专利为了实现较高信噪比的传输，传送段通讯电路处电压的峰值较高，但是感抗单元和电路电源供应单元正极接入的直流电源需要小于30V，使5V等电源跳动持续纹波远大于10％，对后级电路的电路稳定性和EMC非常不利，仅靠感抗模块和附加储能滤波电容模块难以处理干净容易导致工作不稳定。而其感抗单元在输出电流很大时，隔离效果将大打折扣，其电源端将吸收载波通信信号并给载波通信信号引入噪声。

公开号为CN105049087B公开的一种基于非互联直流线路的电力载波系统。其用于解决在非互联直流电力线间实现电力载波的技术问题。其包括多个互联的直流线路；各个直流线路上各装有数据耦合单元，每个数据耦合单元均包含有用于将电力载波通讯数据耦合到电力线上的线侧变压器、线侧耦合电容；各个直流线路的同极性非直流电力线之间接有线耦合电容。

综上所述，现有技术中采用直流载波的通信方式直接地将通信信号和直流电信号进行耦合，即在直流电源端与耦合模块之间接入通信信号，这一方面会导致通信信号被直流电源端吸收而导致通信信号失真；而另一方面，由于负载的变化，而使得直流电信号中会产生交流成分的波纹，降低通信信号与直流电信号之间的耦合效率并且会导致通信信号中掺杂纹波成分(即会使得通信信号中具有噪声)，不利于通信信号与直流电信号之间的分离，同时也会造成通信信号失真。

因此，本发明是克服现有技术的不足提供一种能够提升信噪比并完美地分离出载波通信信号和载波电流的一种基于直流供电线的总线系统。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于直流供电线的总线系统。应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输；所述总线系统包括：直流供电线，耦合模块，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上；和分离模块，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源的输入端电性连接，用于将所述载波通信信号从直流供电线上分离；其中，所述耦合模块和所述分离模块通过所述直流供电线电性连接；所述载波通信信号发生源与直流电源并联至所述耦合模块，以使得在所述耦合模块在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源与所述耦合模块之间的阻离单元能够滤除直流电信号中至少一部分和所述载波通信信号同频的纹波；其中，所述阻离单元至少包括第一感抗隔离模块和第一阻抗转换模块，所述直流电源、所述第一感抗隔离模块和所述第一阻抗转换模块和所述耦合模块之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块用于在所述第一感抗隔离模块无法隔离所述纹波的情况下以对所述直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而所述耦合模块能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得所述分离模块能够将所述直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

相对于传统的直流载波装置存在的无法有效剔除载波通信信号的噪声，并且，后级电路的电路稳定性和电磁兼容性均较差，甚至可能会导致工作不稳定，影响电路的可靠性的问题。本发明通过设置第一感抗隔离模块和第一阻抗转换模块对电路中的噪声进行多次隔离，并且第一阻抗转换模块能够对所述载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对所述用电载荷和所述储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

根据一种优选的实施方式，所述耦合模块将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块与所述分离模块之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号，所述偏置共模直流载波信号包括正直流载波信号和负直流载波信号。

根据一种优选的实施方式，在小型化和/或电磁复杂的环境下，所述直流电源的输出端设置有至少一个储能滤波电容，在所述总线系统中的用电负荷发生变化时，所述储能滤波电容能够按照充/放电的方式使得所述总线系统中的电路能够及时动态响应，并且所述第一感抗隔离模块和所述第一阻抗转换模块能够对所述用电载荷和所述储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，从而所述总线系统能够通过所述耦合模块和所述分离模块实现该环境下的高信噪比的信号传输。

根据一种优选的实施方式，所述分离模块被配置为：所述分离模块按照将载波通信信号和直流电信号分离的方式对所述直流载波信号进行分离，其中，直流载波信号经载波通信信号接收源整合以生成所述负荷信息流，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块和第二感抗隔离模块的方式传输至用电端，所述第二阻抗转换模块能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过所述第二感抗隔离模块对所述直流电信号进行二次隔离，从而能够防止所述用电端接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。

根据一种优选的实施方式，所述载波通信信号发生源被配置为：对负荷信息流按照能够生成载波通信信号和负载波通信信号的方式进行差分生成所述载波通信信号，由于所述耦合模块与所述分离模块之间能够通过所述零电平参考线电性连接，从而所述正载波通信信号和所述负载波通信信号能够关于零参考电平对称生成。

根据一种优选的实施方式，所述第一阻抗转换模块被配置为：对所述载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对所述用电载荷和所述储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

根据一种优选的实施方式，本发明还提供了一种基于直流供电线的直流载波通讯方法，应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输；所述方法包括：耦合模块与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上；和分离模块与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源的输入端电性连接，用于将所述载波通信信号从直流供电线上分离；其中，所述耦合模块和所述分离模块通过所述直流供电线电性连接；将所述载波通信信号发生源与直流电源并联至所述耦合模块，以使得在所述耦合模块在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源与所述耦合模块之间的阻离单元能够滤除直流电信号中至少一部分和所述载波通信信号同频的纹波；其中，所述阻离单元至少包括第一感抗隔离模块和第一阻抗转换模块，所述直流电源、所述第一感抗隔离模块和所述第一阻抗转换模块和所述耦合模块之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块用于在所述第一感抗隔离模块无法隔离所述纹波的情况下以对所述直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而所述耦合模块能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得所述分离模块能够将所述直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

根据一种优选的实施方式，该方法中，所述耦合模块将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块与所述分离模块之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号。

根据一种优选的实施方式，本发明还公开了一种基于直流载波的通讯系统，其包括：载波通信信号发生源，用于产生载波通信信号；载波通信信号接收源，用于接收载波通信信号；直流电源，用于产生直流电信号；耦合模块，用于将所述载波通信信号与所述直流电信号耦合；和分离模块，用于将所述载波通信信号与所述直流电信号分离；所述载波通信信号发生源与直流电源并联至所述耦合模块，以使得在所述耦合模块在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源与所述耦合模块之间的阻离单元能够滤除直流电信号中至少一部分和所述载波通信信号同频的纹波；其中，所述阻离单元至少包括第一感抗隔离模块和第一阻抗转换模块，所述直流电源、所述第一感抗隔离模块和所述第一阻抗转换模块和所述耦合模块之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块用于在所述第一感抗隔离模块无法隔离所述纹波的情况下以对所述直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而所述耦合模块能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得所述分离模块能够将所述直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

根据一种优选的实施方式，本发明还公开了一种基于载波信号的通讯接收方法，包括：分离模块将经过耦合模块耦合形成的直流载波信号分离为载波通信信号和直流电信号；载波通信信号由载波通信信号接收源整合以生成负荷信息流，直流电信号经直流供电线传递至用电端，所述用电端与所述载波通信信号接收源按照并联的方式分别和所述分离模块电性连接，以使得在所述分离模块在将所述载波通信信号分离成载波通信信号和直流电信号之后，串联于所述用电端与所述分离模块之间的第二阻离单元能够滤除直流电信号中残余的载波通信信号的成分；其中，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块和第二感抗隔离模块的方式传输至用电端，所述第二阻抗转换模块能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过所述第二感抗隔离模块对所述直流电信号进行二次隔离，从而能够防止所述用电端接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。

附图说明

图1是本发明的一种基于直流供电线的总线系统的简化模块的一优选连接示意图；

图2是是本发明的一种基于直流供电线的总线系统的简化模块另一优选连接示意图；

图3是本发明的带有载波通信信号的载波电流的简化波形示意图；

图4是本发明的载波通信信号的简化波形示意图；

图5是本发明的耦合模块输入端的简化电路示意图；和

图6是本发明的耦合模块输出端的简化电路示意图。

附图标记列表

100：耦合模块 200：分离模块

300：载波通信信号发生源 400：载波通信信号接收源

500：第一阻抗转换模块 600：第一感抗隔离模块

700：直流电源 800：第一信息负荷流

900：第二信息负荷流 1000：第二阻抗转换模块

1100：第二感抗隔离模块 1200：用电端

56：第一阻离单元 1011：第二阻离单元

具体实施方式

下面结合附图1-6进行详细说明。

实施例1

本实施例公开一种基于直流供电线的总线系统，应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输。

该总线系统包括：直流供电线、耦合模块100、分离模块200、直流电源700、阻离单元56。阻离单元56至少包括第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500。其中，耦合模块100，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源300的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上。分离模块200，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源400的输入端电性连接，用于将载波通信信号从直流供电线上分离。耦合模块100和分离模块200通过直流供电线电性连接。

耦合模块100：将直流电信号与载波通信信号耦合。

分离模块200：将直流电信号与载波通信信号分离。

第一感抗隔离模块600：能够滤除小电流下的纹波。

第一阻抗转换模块500：阻抗变换模块针对载波(比如2～82MHz频带范围)形成带阻，以解决感抗模块在大电流流过时隔离效果变差的问题。例如，经过阻离单元56的电压信号不随时间变化，即由于负载变化产生的纹波被消除。

载波通信信号发生源300：将第一信息负荷流进行调制成载波通信信号。

载波通信信号接收源400：将分离后的载波通信信号解调为第二信息负荷流。

直流电源700：其供电电压可以是3.3V、5V、12V、16.8V。并且要求其纹波在5％以内(甚至1％～3％)。

按照本发明，载波通信信号发生源300调制成的载波通信信号与载波通信信号接收源400接收到的载波通信信号具有相同的波形。也即，按照本发明的基于直流供电线的总线系统在载波信号传输过程中不会发生变形、失真等问题。因此，本发明相比较于现有技术而言：

1、在小型化或电磁环境复杂的环境中，例如：在卫星内，不适合使用无线通讯手段，并且电磁环境复杂，目前常用的通讯手段为使用交流载波装置、同轴线缆和射频线信号载波传输中的一种或多种，但是以上通讯手段中由于寄生参数复杂，负载情况不明或会产生动态变化，无法提供可靠的匹配方案。而本发明采用直流载波装置，通过所述耦合模块、所述电源线和所述分离模块实现该环境下的卫星不同模块之间的高信噪比的信号传输。并通过设置第一阻抗转换模块解决了直流载波装置存在的谐波噪声干扰的问题，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

2、本发明通过将第一阻抗转换模块设置于直流供电装置和耦合模块之间能够有效避免载波通信信号倍直流供电装置所干扰或吸收，避免了载波通信信号的失真。

3、本发明通过将直流供电装置依次连接第一感抗隔离模块、第一阻抗转换模块和耦合模块，使得直流供电装置中的谐波噪声等噪声能够被有效隔离的同时，保证了在载波电流和载波通信信号通过耦合模块耦合后，耦合模块的滤波电容不会吸收有用载波通信信号。并将生成带有载波通信信号的载波电流分别通过第一电源线和第二电源线传输至分离模块。同时，耦合模块输出端的地线能够有效地保证电路的安全。

如图1所示，载波通信信号发生源300与直流电源700并联至耦合模块100。在耦合模块100将载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于直流电源700与耦合模块100之间的阻离单元56能够滤除直流电信号中至少一部分和载波通信信号同频的纹波。例如，阻离单元56能够消除直流电信号中的纹波。直流电信号优选为直流电流信号。阻离单元56至少包括第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500。直流电源700、第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500和耦合模块100之间依次串联电性连接根据一个优选实施方式，总线装置至少包括直流电源700和用电端1200，耦合模块100能够利用直流电源700按照差分电力载波的方式传输载波通信信号至分离模块200，并通过分离模块200传输至用电端1200。

优选的，耦合模块100被配置为：直流电源700的载波电流通过第一感抗隔离模块600进行初步隔离并通过第一阻抗转换模块500进行二次隔离，从而在第一感抗隔离模块600无法有效隔离较高电流的载波电流的噪声的情况下，保证第一阻抗转换模块500能够对载波电流形成带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，第一阻抗转换模块500能够同时对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。优选的，耦合模块100的负荷信息流通过载波通信信号发生源300进行差分并生成载波通信信号，载波通信信号和稳定载波电流通过耦合模块100进行耦合并生成高信噪比的带有载波通信信号的载波电流。第一阻抗转换模块500用于在第一感抗隔离模块600无法隔离纹波的情况下以对直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡。耦合模块100能够将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得分离模块200能够将直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

优选地，耦合模块100将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号。从而耦合模块100与分离模块200之间能够通过至少三根直流供电线电性连接。根据一个优选实施方式，耦合模块100生成带有载波通信信号的载波电流通过直流供电线传输至分离模块200。其中：直流供电线至少包括第一直流供电线、第二直流供电线和地线。优选的，耦合模块100被配置为：将载波电流的直流电压转换为偏置共模电压并生成带有正载波通信信号的第一载波电流和带有负载波通信信号的第二载波电流，第一载波电流通过第一直流供电线传输至分离模块200，第二载波电流通过第二直流供电线传输至分离模块200。优选的，如图3所示，带有正载波通信信号的第一载波电流和带有负载波通信信号的第二载波电流的波形相对于参考0电平对称。优选地，载波通信信号发生源300被配置为：对负荷信息流按照能够生成载波通信信号和负载波通信信号的方式进行差分生成载波通信信号，由于耦合模块100与分离模块200之间能够通过零电平参考线电性连接，从而正载波通信信号和负载波通信信号能够关于零参考电平对称生成。

优选地，在小型化和/或电磁复杂的环境下，直流电源700的输出端设置有至少一个储能滤波电容。对用电端而言，要求供电电源3.3V、5V、12V、16.8V等纹波在5％内(甚至1％～3％以内)，电流可能高达数十安培。在用电负荷动态变化时亦要求电源能及时动态响应。故直流电源供电端和用电端，一般都有数十到上千uF的储能滤波电容，并附加了用电载荷工作时产生的各种谐波噪声与供电芯片和用电端电源转换芯片的10K～10MHz及更高倍频的开关周期的谐波噪声。优选的，直流电源700和用电端1200均设置有至少一个储能滤波电容，在总线系统中的用电负荷发生变化时，储能滤波电容能够按照充/放电的方式使得总线系统中的电路能够及时动态响应，并且第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500能够对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离。在总线系统中的用电负荷发生变化时，储能滤波电容能够按照充/放电的方式使得总线系统中的电路能够及时动态响应，并且第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500能够对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，从而总线系统能够通过耦合模块100和分离模块200实现该环境下的高信噪比的信号传输。

优选地，分离模块200被配置为：分离模块200按照将载波通信信号和直流电信号分离的方式对直流载波信号进行分离。分离模块200被配置为：分离模块200的分离模块200对带有载波通信信号的载波电流进行分离，并生成载波通信信号和载波电流，其中：分离模块200的载波通信信号接收源400能够对载波通信信号整合并生成负荷信息流，分离模块200的第一阻抗转换模块500能够按照对载波电流形成带阻的方式对载波电流进行初次隔离，并通过分离模块200的第一感抗隔离模块600对载波电流进行二次隔离，从而使得高信噪比的载波电流传输至用电端1200。优选的，分离模块200能够将耦合模块100转换的共模电压解出，从而完整的分离出载波电流信号和载波通信信号，即分离模块200分离出的载波电流与第一阻抗转换模块500输出端的载波电流波形相同、分离模块200分离出的载波通信信号与载波通信信号发生源300输出端的载波通信信号波形相同。其中，直流载波信号经载波通信信号接收源400整合以生成负荷信息流，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块和第二感抗隔离模块的方式传输至用电端1200。第二阻抗转换模块500能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过第二感抗隔离模块600对直流电信号进行二次隔离，从而能够防止用电端接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。

优选地，第一阻抗转换模块500被配置为：对载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

实施例2

本实施例公开一种基于直流供电线的直流载波通讯方法，应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输。

该方法包括：

耦合模块100与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源300的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上。

分离模块200与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源400的输入端电性连接，用于将载波通信信号从直流供电线上分离。

其中，耦合模块100和分离模块200通过直流供电线电性连接。

将载波通信信号发生源300与直流电源700并联至耦合模块100，以使得在耦合模块100在将载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于直流电源700与耦合模块100之间的阻离单元56能够滤除直流电信号中至少一部分和载波通信信号同频的纹波。阻离单元56至少包括第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500，直流电源700、第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500和耦合模块100之间依次串联电性连接，第一阻抗转换模块500用于在第一感抗隔离模块600无法隔离纹波的情况下以对直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而耦合模块100能够将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得分离模块200能够将直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

优选地，耦合模块100将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而耦合模块100与分离模块200之间能够通过至少三根直流供电线电性连接。其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号。

实施例3

本实施例公开一种基于直流载波的通讯系统。该通讯系统包括载波通信信号发生源300、载波通信信号接收源400、直流电源700、耦合模块100和分离模块200。

其包括：载波通信信号发生源300，用于产生载波通信信号；载波通信信号接收源400，用于接收载波通信信号；直流电源700，用于产生直流电信号；耦合模块100，用于将载波通信信号与直流电信号耦合；和分离模块200，用于将载波通信信号与直流电信号分离。

载波通信信号发生源300与直流电源700并联至耦合模块100，以使得在耦合模块100在将载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于直流电源700与耦合模块100之间的阻离单元56能够滤除直流电信号中至少一部分和载波通信信号同频的纹波。

其中，阻离单元56至少包括第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500，直流电源700、第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500和耦合模块100之间依次串联电性连接，第一阻抗转换模块500用于在第一感抗隔离模块600无法隔离纹波的情况下以对直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而耦合模块100能够将载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得分离模块200能够将直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号。

实施例4

本实施例公开一种基于载波信号的通讯接收方法，包括：

分离模块200将经过耦合模块100耦合形成的直流载波信号分离为载波通信信号和直流电信号。

载波通信信号由载波通信信号接收源400整合以生成第二负荷信息流900。

直流电信号经直流供电线传递至用电端1200。

用电端1200与载波通信信号接收源400按照并联的方式分别和分离模块200电性连接，以使得在分离模块200在将载波通信信号分离成载波通信信号和直流电信号之后，串联于用电端1200与分离模块100之间的第二阻离单元1011能够滤除直流电信号中残余的载波通信信号的成分；

其中，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块1000和第二感抗隔离模块1100的方式传输至用电端1200，第二阻抗转换模块1000能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过第二感抗隔离模块1100对直流电信号进行二次隔离，从而能够防止用电端1200接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。

实施例5

如图1所示，实施例1公开了一种基于直流供电线的总线系统，至少包括耦合模块100和分离模块200，耦合模块100能够利用直流电源700按照差分电力载波的方式传输载波通信信号至分离模块200。

优选的，耦合模块100被配置为：直流电源700的载波电流通过第一感抗隔离模块600对谐波噪声进行初步隔离，随后经过初步隔离的载波电流通过第一阻抗转换模块500对其自身的同频噪声和谐波噪声进行二次隔离，从而在第一感抗隔离模块600无法有效隔离电流值较高的载波电流的噪声的情况下，保证第一阻抗转换模块500能够对载波电流形成带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，耦合模块100的负荷信息流通过载波通信信号发生源300进行差分并生成载波通信信号，载波通信信号和稳定载波电流通过耦合模块100进行耦合并生成高信噪比的带有载波通信信号的载波电流。

优选的，相对于传统的直流载波装置存在的无法有效剔除载波通信信号的噪声，并且，后级电路的电路稳定性和电磁兼容性均较差，甚至可能会导致工作不稳定，影响电路的可靠性的问题。本发明通过设置第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500对电路中的噪声进行多次隔离，并且第一阻抗转换模块500能够对载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

优选的，在小型化或电磁环境复杂的环境中，例如：在卫星内，不适合使用无线通讯手段，并且电磁环境复杂，目前常用的通讯手段为使用交流载波装置、同轴线缆和射频线信号载波传输中的一种或多种，但是以上通讯手段中由于寄生参数复杂，负载情况不明或会产生动态变化，无法提供可靠的匹配方案。而本发明采用直流载波装置，通过耦合模块100、直流供电线和分离模块200实现该环境下的卫星不同模块之间的高信噪比的信号传输。并通过设置第一阻抗转换模块500解决了直流载波装置存在的谐波噪声干扰的问题，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

优选的，本发明通过将第一阻抗转换模块500设置于直流电源700和耦合模块100之间能够有效避免载波通信信号倍直流电源700所干扰或吸收，避免了载波通信信号的失真。

优选的，耦合模块100可以是电容耦合装置和/或变压器耦合装置。更优选的，如图5和图6所示，耦合模块100可以是DC-DC变压器，能够很好地满足本发明的小型化紧凑结构设计要求，节省内部空间。

根据一个优选实施方式，如图4所示，载波通信信号发生源300被配置为：对负荷信息流进行差分并生成载波通信信号，载波通信信号至少包括正载波通信信号和负载波通信信号，正载波通信信号和负载波通信信号关于参考电平对称。优选的，参考电平可以是地线的相对0电平。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤拆分为更多步骤，也可将两个或多个步骤或者步骤的部分操作组合成新的步骤，以实现本发明的目的。同时，可将本申请中描述的各个功能模块拆分为更多的功能模块，也可将两个或多个功能模块或者功能模块的部分功能组合成新的功能模块，以实现本发明的目的。

实施例6

本实施例公开了一种基于直流供电线的总线装置，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可作为本实施例的补充。

优选的，分离模块200被配置为：分离模块200对带有载波通信信号的载波电流进行分离，并生成载波通信信号和载波电流，其中：分离模块200的载波通信信号接收源400能够对载波通信信号整合并生成负荷信息流，分离模块200的第一阻抗转换模块500能够按照对载波电流形成带阻的方式对载波电流进行初次隔离，并通过分离模块200的第一感抗隔离模块600对载波电流进行二次隔离，从而使得高信噪比的载波电流传输至用电端1200。

优选的，相对于传统的直流载波装置存在的无法有效剔除载波通信信号的噪声，并且，后级电路的电路稳定性和电磁兼容性均较差，甚至可能会导致工作不稳定，影响电路的可靠性的问题。本发明通过设置第一感抗隔离模块600和第一阻抗转换模块500对电路中的噪声进行多次隔离，并且第一阻抗转换模块500能够对载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对用电载荷和储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

优选的，在小型化或电磁环境复杂的环境中，例如：在卫星内，不适合使用无线通讯手段，并且电磁环境复杂，目前常用的通讯手段为使用交流载波装置、同轴线缆和射频线信号载波传输中的一种或多种，但是以上通讯手段中由于寄生参数复杂，负载情况不明或会产生动态变化，无法提供可靠的匹配方案。而本发明采用直流载波装置，通过耦合模块100、直流供电线和分离模块200实现该环境下的卫星不同模块之间的高信噪比的信号传输。并通过设置第一阻抗转换模块500解决了直流载波装置存在的谐波噪声干扰的问题，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

优选的，本发明通过将直流电源700依次连接第一感抗隔离模块600、第一阻抗转换模块500和耦合模块100，使得直流电源700中的谐波噪声等噪声能够被有效隔离的同时，保证了在载波电流和载波通信信号通过耦合模块100耦合后，耦合模块100的滤波电容不会吸收有用载波通信信号。并将生成带有载波通信信号的载波电流分别通过第一直流供电线和第二直流供电线传输至分离模块200。同时，耦合模块100输出端的地线能够有效地保证电路的安全。

优选的，在本发明应用于太空环境时，例如：本发明的总线系统设置于卫星的多个模块内时，地线可以是采用单点接地、多点接地和混合接地中的一种或多种实现地线的参考0电平。其中：单电接地中串联单点接地会导致电流产生压降，造成相互间共模干扰，产生较大的噪声，并联单点接地仅适用于低频工作设备；多点接地系统中存在多种地线回路，多种地线回路会对较低电平的信号单元产生不良影响。更优选的，地线可以是采用混合接地的方式设置。

优选的，本发明通过将第一阻抗转换模块500设置于直流电源700和耦合模块100之间能够有效避免载波通信信号倍直流电源700所干扰或吸收，避免了载波通信信号的失真。

优选的，耦合模块100可以是电容耦合装置和/或变压器耦合装置。更优选的，如图所示，耦合模块100可以是DC-DC变压器，能够很好地满足本发明的小型化紧凑结构设计要求，节省内部空间。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于直流供电线的用于通信的总线系统，应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输；

所述总线系统包括：

直流供电线，

耦合模块(100)，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源(300)的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上；和

分离模块(200)，其与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源(400)的输入端电性连接，用于将所述载波通信信号从直流供电线上分离；

其中，所述耦合模块(100)和所述分离模块(200)通过所述直流供电线电性连接；

其特征在于，

所述载波通信信号发生源(300)与直流电源(700)并联至所述耦合模块(100)，以使得在所述耦合模块(100)在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源(700)与所述耦合模块(100)之间的阻离单元(56)能够滤除与直流电信号中的至少一部分同频的载波通信信号的纹波；

其中，所述阻离单元(56)至少包括第一感抗隔离模块(600)和第一阻抗转换模块(500)，所述直流电源(700)、所述第一感抗隔离模块(600)和所述第一阻抗转换模块(500)和所述耦合模块(100)之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块(500)用于在所述第一感抗隔离模块(600)无法隔离所述纹波的情况下以形成带阻的方式对所述直流电信号进行阻挡，从而所述耦合模块(100)能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号；

所述耦合模块(100)将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，

其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号，所述偏置共模直流载波信号包括正直流载波信号和负直流载波信号。

2.根据权利要求1所述的总线系统，其特征在于，在小型化和/或电磁复杂的环境下，所述直流电源(700)的输出端设置有至少一个储能滤波电容，在所述总线系统中的用电负荷发生变化时，所述储能滤波电容能够按照充/放电的方式使得所述总线系统中的电路能够及时动态响应，并且所述第一感抗隔离模块(600)和所述第一阻抗转换模块(500)能够对用电载荷和所述储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，从而所述总线系统能够通过所述耦合模块(100)和所述分离模块(200)实现该环境下的高信噪比的信号传输。

3.根据权利要求2所述的总线系统，其特征在于，所述分离模块(200)被配置为：所述分离模块(200)按照将载波通信信号和直流电信号分离的方式对所述直流载波信号进行分离，

其中，直流载波信号经载波通信信号接收源(400)整合以生成负荷信息流，

直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块(1000)和第二感抗隔离模块(1100)的方式传输至用电端(1200)，所述第二阻抗转换模块(500)能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过所述第二感抗隔离模块(600)对所述直流电信号进行二次隔离，从而能够防止所述用电端(1200)接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号。

4.根据权利要求3所述的总线系统，其特征在于，所述载波通信信号发生源(300)被配置为：对负荷信息流按照能够生成载波通信信号和负载波通信信号的方式进行差分生成所述载波通信信号，由于所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过零电平参考线电性连接，从而正载波通信信号和所述负载波通信信号能够关于零参考电平对称生成。

5.根据权利要求4所述的总线系统，其特征在于，所述第一阻抗转换模块(500)被配置为：对载波电流形成能够有效隔离同频噪声的带阻并生成经过二次隔离的高信噪比的稳定载波电流，同时对所述用电载荷和所述储能滤波电容工作时产生的谐波噪声进行隔离，保证后级电路的电路稳定性和电磁兼容性。

6.一种基于直流供电线的直流载波通讯方法，应用于其能够以将载波通信信号耦合至直流供电线上的方式进行信号传输；

所述方法包括：

耦合模块(100)与直流供电线电性连接并且与载波通信信号发生源(300)的输出端电性连接，用于将载波通信信号耦合至直流供电线上；和

分离模块(200)与直流供电线电性连接并且与载波通信信号接收源(400)的输入端电性连接，用于将所述载波通信信号从直流供电线上分离；

其中，所述耦合模块(100)和所述分离模块(200)通过所述直流供电线电性连接；

其特征在于，

将所述载波通信信号发生源(300)与直流电源(700)并联至所述耦合模块(100)，以使得在所述耦合模块(100)在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源(700)与所述耦合模块(100)之间的阻离单元(56)能够滤除直流电信号中至少一部分和所述载波通信信号同频的纹波；

其中，所述阻离单元(56)至少包括第一感抗隔离模块(600)和第一阻抗转换模块(500)，所述直流电源(700)、所述第一感抗隔离模块(600)和所述第一阻抗转换模块(500)和所述耦合模块(100)之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块(500)用于在所述第一感抗隔离模块(600)无法隔离所述纹波的情况下以对所述直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而所述耦合模块(100)能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得所述分离模块(200)能够将所述直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号；所述耦合模块(100)将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，

其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号。

7.一种基于直流载波的通讯系统，其包括：

载波通信信号发生源(300)，用于产生载波通信信号；

载波通信信号接收源(400)，用于接收载波通信信号；

直流电源(700)，用于产生直流电信号；

耦合模块(100)，用于将所述载波通信信号与所述直流电信号耦合；和

分离模块(200)，用于将所述载波通信信号与所述直流电信号分离；

其特征在于，

所述载波通信信号发生源(300)与直流电源(700)并联至所述耦合模块(100)，以使得在所述耦合模块(100)在将所述载波通信信号耦合至直流供电线之前，串联于所述直流电源(700)与所述耦合模块(100)之间的阻离单元(56)能够滤除直流电信号中至少一部分和所述载波通信信号同频的纹波；

其中，所述阻离单元(56)至少包括第一感抗隔离模块(600)和第一阻抗转换模块(500)，所述直流电源(700)、所述第一感抗隔离模块(600)和所述第一阻抗转换模块(500)和所述耦合模块(100)之间依次串联电性连接，所述第一阻抗转换模块(500)用于在所述第一感抗隔离模块(600)无法隔离所述纹波的情况下以对所述直流电信号以形成带阻的方式进行阻挡，从而所述耦合模块(100)能够将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成直流载波信号，以使得所述分离模块(200)能够将所述直流载波信号分离为不掺杂有直流电信号中的纹波成分的载波通信信号和直流电信号；

所述耦合模块(100)将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，

其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号。

8.一种基于载波信号的通讯接收方法，包括：

分离模块(200)将经过耦合模块(100)耦合形成的直流载波信号分离为载波通信信号和直流电信号；

载波通信信号由载波通信信号接收源(400)整合以生成负荷信息流，

直流电信号经直流供电线传递至用电端(1200)，

其特征在于，

所述用电端(1200)与所述载波通信信号接收源(400)按照并联的方式分别和所述分离模块(200)电性连接，以使得在所述分离模块(200)在将所述载波通信信号分离成载波通信信号和直流电信号之后，串联于所述用电端(1200)与所述分离模块(200)之间的第二阻离单元(1011)能够滤除直流电信号中残余的载波通信信号的成分；

其中，直流电信号按照依次经过第二阻抗转换模块(1000)和第二感抗隔离模块(1100)的方式传输至用电端(1200)，所述第二阻抗转换模块(1000)能够按照对直流电信号形成带阻的方式对直流电信号进行初次隔离，并通过所述第二感抗隔离模块(1100)对所述直流电信号进行二次隔离，从而能够防止所述用电端(1200)接收到的直流电信号中掺杂有载波通信信号；

所述耦合模块(100)将所述载波通信信号与经过至少两次滤除部分纹波后的直流电信号耦合成偏置共模直流载波信号，从而所述耦合模块(100)与所述分离模块(200)之间能够通过至少三根直流供电线电性连接，

其中，至少一根直流供电线作为零电平参考线，以使得至少另两根电源线分别能够传递偏置共模直流载波信号。

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