CN112367101A - 适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，包括基准源电路、发送电路和接收电路；所述基准源电路生成基准电压，并提供给发送电路和接收电路使用；所述发送电路完成发送信号的放大和驱动输出；所述接收电路完成输入信号的提取、放大。本发明提供了一种简单有效的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，仅使用基本运算放大器和功率放大器，具有结构简单、只需单电源、易于实现、成本低廉和无需DSP具备DAC的优点。
Description
技术领域
本发明属于窄带电力线通讯领域，具体涉及一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路。
背景技术
窄带电力线通讯系统一般使用DSP+模拟前端的架构，其中DSP完成数字信号处理和协议解析等功能，模拟前端对电力线上的传输信号进行提取、放大和预处理传入DSP的ADC端口，并把DSP输出的调制信号放大、后处理并驱动到电力线上。由于涉及功能较多，传统电力线通讯系统一般使用专用的电力线模拟前端芯片，这种芯片一般使用数字接口配置内部参数，并与DSP的ADC和DAC相连接，但是使用专用芯片会增加整体设计的成本，同时也不是所有的DSP都具备DAC，影响了窄带电力线通讯系统的应用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在使用专用芯片会增加系统设计成本以及DSP可能不具备DAC的缺点而提出的，其目的是提供一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，包括基准源电路、发送电路和接收电路；所述基准源电路生成基准电压，并提供给发送电路和接收电路使用；所述发送电路完成发送信号的放大和驱动输出；所述接收电路完成输入信号的提取、放大。
在上述技术方案中，所述发送电路包括依次连接的波形合成电路、发送有源低通滤波器、发送可变增益放大器、发送功率放大电路和发送耦合滤波电路；所述波形合成电路接收DSP芯片输出的PWM信号；所述发送耦合滤波电路输出端与电力线接口连接。
在上述技术方案中，所述接收电路包括依次连接的接收可变增益放大器、接收有源低通滤波器和接收耦合滤波电路；所述接收可变增益放大器的输入端与电力线接口连接；所述接收耦合滤波电路的输出端连接DSP芯片的采样接口。
在上述技术方案中，所述发送有源低通滤波器和接收有源低通滤波器均由至少一级有源低通滤波器组成，且两者的有源低通滤波器的电路组成相同；所述有源低通滤波器为二阶有源低通滤波器。
在上述技术方案中，所述发送可变增益放大器和接收可变增益放大器采用相同的可变增益放大器。
在上述技术方案中，所述基准源电路包括相互连接的分压电路和电压跟随器。
在上述技术方案中，所述波形合成电路由基本同向加法电路构成。
在上述技术方案中，所述发送功率放大电路是由电阻R13、R14、R15、电容C8和运算放大器U4组成了具备恒定放大系数的功率放大电路。
在上述技术方案中，所述发送耦合滤波电路包括初级串联的电阻R16、R17、二极管D1、D2和二极管D3、D4，三个串联组之间并联，并联后连接电容C9，且两个二极管组之间连接电感L1。
在上述技术方案中，所述接收耦合滤波电路包括并联连接的稳压二极管D6、电阻R18、电感L2、电容C11组成的初级并联电路，初级并联电路与电感L3、电容C12、电阻R19串联。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种简单有效的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，仅使用基本运算放大器和功率放大器，具有结构简单、只需单电源、易于实现、成本低廉和无需DSP具备DAC的优点。
附图说明
图1是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路的结构示意图；
图2是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中基准源电路的电路图；
图3是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中波形合成电路的电路图；
图4是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中有源低通滤波器的电路图；
图5是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中功率放大电路的电路图；
图6是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中发送耦合滤波电路的电路图；
图7是本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路中接收耦合滤波电路的电路图；
其中：
1 基准源电路 2 发送电路
3 接收电路 4 波形合成电路
5 发送有源低通滤波器 6 发送可变增益放大器
7 发送功率放大电路 8 发送耦合滤波电路
9 接收可变增益放大器 10 接收有源低通滤波器
11 接收耦合滤波电路 12 DSP芯片
13 电力线接口。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端的技术方案。
如图1所示，一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，包括基准源电路1、发送电路2和接收电路3；
所述基准源电路1生成基准电压，并提供给发送电路2和接收电路3使用；所述发送电路2完成发送信号的放大和驱动输出；所述接收电路3完成输入信号的提取、放大。
所述发送电路2包括依次连接的波形合成电路4、发送有源低通滤波器5、发送可变增益放大器6、发送功率放大电路7和发送耦合滤波电路8；所述波形合成电路4接收DSP芯片12输出的PWM信号；所述发送耦合滤波电路8输出端与电力线接口13连接。
所述接收电路3包括依次连接的接收可变增益放大器9、接收有源低通滤波器10和接收耦合滤波电路11；所述接收可变增益放大器9的输入端与电力线接口13连接；所述接收耦合滤波电路11的输出端连接DSP芯片12的采样接口。
所述发送有源低通滤波器5和接收有源低通滤波器10均由至少一级有源低通滤波器组成，且两者的有源低通滤波器的电路组成相同。当采用多级有源低通滤波器时，多个有源低通滤波器之间串联连接。
所述发送可变增益放大器6和接收可变增益放大器9采用相同的可变增益放大器。
所述发送可变增益放大器6的数字接口连接发射增益控制接口；接收可变增益放大器9的数字接口连接接收增益控制接口。
如图2所示，本实施例中基准源电路1使用单电源供电，为整体电路提供中点电位电源，为发送电路2和接收电路3提供基准电压Vref。
所述基准源电路1包括电阻R1、R2和C1组成的分压电路以及U1，R3、R4、C2、C3构成的稳定的电压跟随器，
所述基准源电路1的具体电路连接为：
电阻R1一端接VCC，另一端连接电阻R2，电阻R2的另一端接地，且电阻R2两端并联极性电容C1，R1、R2和C1组成的分压电路与电压跟随器中的运算放大器U1的同相输出端连接；
运算放大器U1的电源负极接地，电源正极接VCC，反相输入端分别连接电阻R3的一端和电容C2一端，输出端分别连接电容C2的另一端和电阻R4的一端，电阻R3的另一端和电阻R4的另一端均连接极性电阻C3的正极端，且极性电阻C3的正极端输出基准电压Vref；极性电阻C3的负极端接地。
如图3所示，所述波形合成电路4由基本同向加法电路构成，两个输入信号分别为具有一定相位差的PWM信号，通过改变初始相位和PWM周期，可以对输出信号的相位和频率进行调制。
所述波形合成电路的具体电路连接为：
DSP芯片输出的第一路PWM信号依次连接电容C4、电阻R5；DSP芯片输出的第二路PWM信号依次连接电容C5、电阻R6；电阻R5、电阻R6的另一端均与电阻R7连接，且电阻电阻R6的另一端还与运算放大器U2的同向输出端；电阻R7的另一端连接电阻R8，电阻R8的另一端同时连接运算放大器U2的反相输入端和电阻R9，电阻R9的另一端连接输出端；电阻R7和电阻R8之间连接基准电压Vref。
如图4所示，所述可变增益放大器为电阻R10、R11、R12、电容C6、C7、运算放大器U3组成的一个二阶有源低通滤波器，通过改变R10、R11、R12、C6、C7数值可以改变滤波器截止频率和品质因数。
所述有源低通滤波器的具体电路连接为：
输入端连接电阻R10一端，电阻R10的另一端分别连接电阻R11的一端、电阻R12的一端和电容C6的一端；电阻R11的另一端分别连接电阻C7的一端和输出端；电阻R12的另一端分别连接电容C7的另一端和运算放大器U3的反相输入端，电容C6的另一端连接运算放大器U3的同向输出端以及基准电压Vref。
如图5所示，所述发送功率放大电路7是由电阻R13、R14、R15、电容C8和运算放大器U4组成了具备恒定放大系数的功率放大电路，通过改变R13、R14数值可以恒定放大倍数。
所述功率放大电路的具体电路连接为：
输入端连接电阻R13，电阻R13的另一端连接运算放大器U4的反相输入端；运算放大器U4的同相输出端连接电阻R15，电阻R15的另一端接基准电压Vref，运算放大器U4的反相输入端和输出端之间并联电阻R14和电容C8。
如图6所示，所述发送耦合滤波电路8包括初级串联的电阻R16、R17、稳压二极管D1、D2和二稳压极管D3、D4，三个串联组之间并联，并联后连接电容C9，且两个二极管组之间连接电感L1，实现了发送电路和电力线的耦合，并且完成带通滤波、电压保护的功能。
所述发送耦合滤波电路的具体电路连接为：
输入端分别连接电阻R16的一端、电阻R17的一端、稳压二极管D1的正极、稳压二极管D2的负极以及电感L1；电阻R16的另一端分别接VCC、稳压二极管D1的负极、稳压二极管D3的负极；电阻R17的另一端分别接地、稳压二极管D2的正极和稳压二极管D4的正极；电感L1一端连接稳压二极管D1的正极和稳压二极管D2的负极，另一端连接稳压二极管D3的正极和稳压二极管D4的负极，稳压二极管D3的正极和稳压二极管D4连接电容C9的一端。
如图7所示，所述接收耦合滤波电路11包括并联连接的稳压二极管D6、电阻R18、电感L2、电容C11组成的初级并联电路，初级并联电路与电感L3、电容C12、电阻R19串联，该电路实现了接收电路和电力线的耦合，并且完成带通滤波、电压保护的功能。
所述接收耦合滤波电路的具体电路连接为：
输入端连接稳压二极管D5正极和稳压二极管D6负极、电容C10的一端，稳压二极管D5负极接VCC，稳压二极管D6正极接地，电容C10的另一端分别接电阻R18的一端，电感L2的一端、电容C11的一端和电感L3的一端，电阻R18的另一端，电感L2的另一端和电容C11的另一端均接稳压二极管D6的正极；电感L3的另一端连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接电阻R19。
本发明的工作原理及过程：
本发明适用于窄带电力线通讯的模拟前端，包括接收电路、发送电路和基准源电路。基准源电路提供基准电压Vref；发送电路接收来自DSP输出的两路PWM信号，通过同向求和电路得到基础调制信号，然后经过一级或多级有源低通滤波电路滤除高次谐波，经过可变增益放大器和功率放大电路进行放大后，再通过耦合率波电路施加到电力线接口上；接收电路从电力线接口上获得原始信号，经过耦合滤波电路滤除外带噪声，然后经过一级或多级有源低通滤波电路滤除高频噪声，经过可变增益放大器进行放大后，再输出到DSP的采样接口。
本发明提供了一种简单有效的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，仅使用基本运算放大器和功率放大器，具有结构简单、只需单电源、易于实现、成本低廉和无需DSP具备DAC的优点。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：包括基准源电路（1）、发送电路（2）和接收电路（3）；所述基准源电路（1）生成基准电压，并提供给发送电路（2）和接收电路（3）使用；所述发送电路（2）完成发送信号的放大和驱动输出；所述接收电路（3）完成输入信号的提取、放大。
2.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述发送电路（2）包括依次连接的波形合成电路（4）、发送有源低通滤波器（5）、发送可变增益放大器（6）、发送功率放大电路（7）和发送耦合滤波电路（8）；所述波形合成电路（4）接收DSP芯片（12）输出的PWM信号；所述发送耦合滤波电路（8）输出端与电力线接口（13）连接。
3.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述接收电路（3）包括依次连接的接收可变增益放大器（9）、接收有源低通滤波器（10）和接收耦合滤波电路（11）；所述接收可变增益放大器（9）的输入端与电力线接口（13）连接；所述接收耦合滤波电路（11）的输出端连接DSP芯片（12）的采样接口。
4.根据权利要求2或3所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述发送有源低通滤波器（5）和接收有源低通滤波器（10）均由至少一级有源低通滤波器组成，且两者的有源低通滤波器的电路组成相同；所述有源低通滤波器为二阶有源低通滤波器。
5.根据权利要求2或3所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述发送可变增益放大器（6）和接收可变增益放大器（9）采用相同的可变增益放大器。
6.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述基准源电路（1）包括相互连接的分压电路和电压跟随器。
7.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述波形合成电路（4）由基本同向加法电路构成。
8.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述发送功率放大电路（7）是由电阻R13、R14、R15、电容C8和运算放大器U4组成了具备恒定放大系数的功率放大电路。
9.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述发送耦合滤波电路（8）包括初级串联的电阻R16、R17、二极管D1、D2和二极管D3、D4，三个串联组之间并联，并联后连接电容C9，且两个二极管组之间连接电感L1。
10.根据权利要求1所述的适用于窄带电力线通讯的模拟前端电路，其特征在于：所述接收耦合滤波电路（11）包括并联连接的稳压二极管D6、电阻R18、电感L2、电容C11组成的初级并联电路，初级并联电路与电感L3、电容C12、电阻R19串联。
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