CN203251320U - 一种bfsk调制解调载波芯片装置 - Google Patents

Abstract

一种BFSK调制解调载波芯片装置，涉及电力线载波通信领域。芯片内部集成了低噪声放大器，有源带通滤波器，可编程增益放大器，模数转化单元，自动增益控制单元，扩频解调单元，扩频调制单元，数模转化单元，复位电路，晶体振荡电路，且芯片内嵌了一个微控制器，具有两路串行通信端口，3路10位的PWM输出端口，3路16位时钟端口，集成数据总线端口及通用输入输出端口。芯片内部的可编程增益放大器,其增益是根据自动增益控制单元检测计算的信号平均强度与预置的参考值范围比较实时动态调整的，确保在输入载波信号变化较大的情况下，输出的信号的幅度保持恒定或在特定的工作范围内变化。

Description

一种BFSK调制解调载波芯片装置

技术领域

本实用新型提供一种BFSK调制解调载波芯片装置，涉及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。

背景技术

电力线载波信号在电力线上传输时，由于电力线上的衰减和电力线中噪声的干扰，电力线中两通信节点之间信号的强弱会实时发生变化，使接收端接收到的载波信号强弱实时发生变化，载波信号电平的稳定与否直接影响着载波通信系统的传输质量。通用的电力载波芯片通信信号的接收滤波放大器的增益不能实时自动调整，在对实时载波信号进行检测时，当检测到有载波信号在电力线上传输，电力线通信设备就转入载波信号的传送和处理过程，通信设备接收到的信号变化范围很大，最强与最弱的信号之间可能相差几十分贝，不利于模数转换，且载波芯片需要搭建外围低噪声放大器带通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。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本实用新型提供一种BFSK调制解调载波芯片装置，其目的是解决电力线载波通信中因载波信号实时变化，使电力线上的载波通信不可靠，信号的实时通信率不高的问题。

一种BFSK调制解调载波芯片装置，芯片内部集成了低噪声放大器，有源带通滤波器，可编程增益放大器，模数转化单元，自动增益控制单元，扩频解调单元，扩频调制单元，数模转化单元，复位电路，晶体振荡电路，且芯片内嵌了一个微控制器，具有两路串行通信端口，3路10位的PWM输出端口，3路16位时钟端口，集成数据总线端口及通用输入输出端口；

前端低噪声放大器连接有源带通滤波器,有源带通滤波器的输出经过串联的电阻、电容后连接可编程增益放大器，可编程增益放大器的输出连接模数转化单元，自动增益控制单元连接模数转化单元，自动增益控制单元反馈连接可编程增益放大器；

扩频解调单元连接模数转化单元和微控制器；

复位电路、晶体振荡电路、串行通信端口、3路10位的PWM输出端口、3路16位时钟端口、集成数据总线端口和通用输入输出端口与微控制器相连；

扩频调制单元与数模转化单元连接。

本实用新型提供的一种BFSK调制解调载波芯片，该芯片采用专用的集成电路设计实现，将低噪声放大器和有源带通滤波器集成到芯片内部，提高了接收端电路的稳定性且信号的载波频率在50～500KHz范围内可调。芯片内部集成了可编程增益放大器，其增益可根据自动增益控制单元检测到的载波信号平均强度的变化进行实时调整。提高了载波通信的可靠性。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，如图其中：

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型输入信号处理的电路原理框图。

图3为本实用新型的应用的电路原理框图。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本实用新型的宗旨所做的许多修改和变化属于本实用新型的保护范围。

实施例1：一种BFSK调制解调载波芯片装置，芯片内部集成了低噪声放大器1，有源带通滤波器2，可编程增益放大器3，模数转化单元4，自动增益控制单元6，扩频解调单元5，扩频调制单元8，数模转化单元9，复位电路10，晶体振荡电路11，且芯片内嵌了一个微控制器7，具有两路串行通信端口14，3路10位的PWM输出端口12，3路16位时钟端口13，集成数据总线端口15及通用输入输出端口16。

前端低噪声放大器1连接有源带通滤波器2,有源带通滤波器2的输出连接可编程增益放大器3，可编程增益放大器3的输出经过串联的电阻、电容后连接模数转化单元4，自动增益控制单元6连接模数转化单元4，自动增益控制单元6的反馈连接可编程增益放大器3；

扩频解调单元5连接模数转化单元4和微控制器7；

复位电路10、晶体振荡电路11、串行通信端口14、3路10位的PWM输出端口12、3路16位时钟端口13、集成数据总线端口15和通用输入输出端口16与微控制器7相连；

扩频调制单元8与数模转化单元9连接。

如图1所示为BFSK调制解调载波芯片，芯片内部集成了低噪声放大器1，有源带通滤波器2，可编程增益放大器3，模数转化单元4，自动增益控制单元6，扩频解调单元5，扩频调制单元8，数模转化单元9，复位电路10，晶体振荡电路11，且芯片内嵌了一个微控制器7，具有两路串行通信端口14，3路10位的PWM输出端口13，3路16位时钟端口13，集成数据总线端口15及通用输入输出端口16。当载波信号输入给前端低噪声放大器1的负极输入端后，前端低噪声放大器1先对输入的载波信号进行低噪声放大，前端低噪声放大器1连接有源带通滤波器2,有源带通滤波器2将信噪比较高的载波信号传送给可编程增益放大器3，可编程增益放大器3初始状态的增益值设置为预置参考范围的最大值，可编程增益放大器3将信号连接模数转化单元4、自动增益处理单元6后反馈连接可编程增益放大器3，前端低噪声放大器1和可编程增益放大器3的正极输入端为参考点。扩频解调单元5连接模数转化单元4，芯片将符合自动增益控制单元的数据传送到扩频解调单元5进行相关解调，并将解调后的数据传送给微控制器。复位电路10，晶体振荡电路11，串行通信端口14，3路10位的PWM输出端口13，3路16位时钟端口13，集成数据总线端口15及通用输入输出端口16与微控制器相连。微处理器对解调后的信号进行分析处理后，将发送一串连续的信号至扩频调制单元8。扩频调制单元8与数模转化单元9连接，将调制的数据进行数模转化后输出。

如图2所示为本实用新型输入信号处理的电路原理框图，芯片内部的低噪声放大器1负极输入端与第一电容C1，第一电阻R1的一端连接，低噪声放大器1的输出端连接第一电阻R1的另一端和第一电容C1的一端，低噪声放大器1配合第一电容C1，第二电容C2，第一电阻R1工作，对输入的载波信号进行低噪声放大；芯片内部的有源带通滤波器2负极输入端与第四电容C4、第二电阻R2的一端连接，低噪声放大器1的输出端经过第六电阻R6与第三电容C3和第四电容C4的一端连接。有源带通滤波器2的输出端连接第二电阻R2和第三电容C3的另一端。有源带通滤波器2配合外部的第三电容C3，第四电容C4、第二电阻R2工作，对放大后的载波信号进行带通滤波。电力载波信号经过低噪声放大器1和带通滤波器2后，获得信噪比较高的载波信号。在芯片内部，有源带通滤波器2的输出端通过第八电容C8、第九电阻R9连接到可编程增益放大器3的负极输入端，其中第八电容C8和第九电阻R9串联后一端连接有源带通滤波器2的输出端口，另一端与可编程增益放大器3的负极输入端连接。可编程增益放大器3的输出端与模数转换单元4连接，将模拟信号转化成数字信号。模数转化单元4的输出口连接自动增益控制单元17，自动增益控制单元17将检测的信号反馈给可编程增益放大器3。可编程增益放大器3的初始增益设置为最大，其增益是由自动增益控制单元17控制实时调节的，自动增益控制单元17采集模数转化后的数据，对数据进行中值滤波，计算载波信号的平均强度，通过信号平均强度与预置参考值范围的比较，实时调整可编程增益放大器3的增益。使输入信号变化较大的情况下，输出的信号的幅度保持恒定或在特定的工作范围内变化。

扩频解调单元接收自动增益控制单元17输出的载波信号，并对信号进行二进制频移键控的解调。

如图3所示本实用新型的应用的电路原理框图。来自电力线上的载波信号经过耦合变压器T1耦合，第三电阻R3、第五电容C5、第一电感L1、第二电感L2、第六电容C6构成调谐滤波电路，第三电阻R3、第五电容C5、第一电感L1串联后一端与第二电感L2、第六电容C6并联的一端连接，另一端接耦合变压器T1，第二电感L2、第六电容C6的另一端接地。第一二极管D1、第二二极管D2构成限幅电路与第二电感L2、第六电容C6并联，第四电阻R4的一端连接第二二极管D2，一端与第二电容C2连接，第二电容C2对经过滤波限幅后的信号耦合后，将载波信号输入到低噪声放大器1负极输入端，低噪声放大器1对载波信号进行低噪声放大后输出。第六电阻R6一端连接低噪声放大器1的输出端口，一端与第四电容C4连接，第四电容C4的另一端连接有源带通滤波器2的负极输入端，有源带通滤波器2的输出端连接第二电阻R2和第三电容C3的另一端。有源带通滤波器2连接外部的第三电容C3，第四电容C4、第二电阻R2工作，对放大后的载波信号进行带通滤波。滤波后的载波信号经过可编程增益放大器3对信号进行放大，可编程增益放大器连接模数转化单元4对放大后的载波信号进行模数转化，可编程增益放大器3的初始增益设置为最大，其增益是由自动增益控制单元17实时调节的。

有源带通滤波器2的输出端连接可编程增益放大器3，可编程增益放大器3连接模数转化单元4、自动增益控制单元17；自动增益控制单元17的信号输出连接扩频解调单元18，扩频解调单元18连接微控制器19；微控制器19连接扩频调制单元20，扩频调制单元20连接数模转化单元21，数模转化单元21连接电阻和电容后连接载波功率放大器22，载波功率放大器22连接第八电阻R8、第七电容C7、第三电感L3组成的滤波电路，滤波电路连接耦合变压器T1。

自动增益控制单元17采集模数转化后的数据，对数据进行中值滤波，计算载波信号的平均强度，通过信号平均强度与预置参考值范围的比较，实时调整可编程增益放大器3的增益，使输出的信号的幅度保持恒定或在特定的工作范围内变化。芯片内部将检测到符合自动增益控制单元17的信号输出并由扩频解调单元18将信号解调后输入到芯片内部的微控制器19。微控制器19连接扩频调制单元20对微控制器发出的信号进行调制，扩频调制单元20连接数模转化单元21，将调至后的信号进行数模转化后输出，输出的信号连接载波功率放大器22，载波功率放大器22对载波信号放大，第八电阻R8、第七电容C7、第三电感L3滤波电路的组成滤波电路进行滤波，再经过T1将信号耦合到电力线上。

如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种BFSK调制解调载波芯片装置，芯片内部集成了低噪声放大器，有源带通滤波器，可编程增益放大器，模数转化单元，自动增益控制单元，扩频解调单元，扩频调制单元，数模转化单元，复位电路，晶体振荡电路，且芯片内嵌了一个微控制器，具有两路串行通信端口，3路10位的PWM输出端口，3路16位时钟端口，集成数据总线端口及通用输入输出端口；

前端低噪声放大器连接有源带通滤波器,有源带通滤波器的输出经过串联的电阻、电容后连接可编程增益放大器，可编程增益放大器的输出连接模数转化单元，自动增益控制单元连接模数转化单元，自动增益控制单元反馈连接可编程增益放大器；

扩频解调单元连接模数转化单元和微控制器；

复位电路、晶体振荡电路、串行通信端口、3路10位的PWM输出端口、3路16位时钟端口、集成数据总线端口和通用输入输出端口与微控制器相连；

扩频调制单元与数模转化单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种BFSK调制解调载波芯片装置，其特征在于，低噪声放大器负极输入端与第二电容，第一电阻的一端连接，低噪声放大器的输出端连接第一电阻的另一端和第一电容的一端；有源带通滤波器负极输入端与第四电容、第二电阻的一端连接，低噪声放大器的输出端经过第六电阻与第三电容和第四电容的一端连接；有源带通滤波器的输出端连接第二电阻和第三电容的另一端；有源带通滤波器的输出端通过第八电容、第九电阻连接到可编程增益放大器的负极输入端，其中第八电容和第九电阻串联后一端连接有源带通滤波器的输出端口，另一端与可编程增益放大器的负极输入端连接；可编程增益放大器的输出端与模数转换单元连接，模数转化单元的输出口连接自动增益控制单元，自动增益控制单元将检测的信号反馈给可编程增益放大器。

3.根据权利要求1所述的一种BFSK调制解调载波芯片装置，其特征在于，第三电阻、第五电容、第一电感、第二电感、第六电容构成调谐滤波电路，第三电阻、第五电容、第一电感串联后一端与第二电感、第六电容并联的一端连接，第二电感、第六电容的另一端接地；第一二极管、第二二极管构成限幅电路与第二电感、第六电容并联，第四电阻R4的一端连接第二二极管，一端与第二电容连接，第二电容对经过滤波限幅后的信号耦合后，将载波信号输入到低噪声放大器负极输入端；第六电阻一端连接低噪声放大器的输出端口，一端与第四电容连接，第四电容的另一端连接有源带通滤波器的负极输入端，有源带通滤波器的输出端连接第二电阻和第三电容的另一端；

有源带通滤波器的输出端连接可编程增益放大器，可编程增益放大器连接模数转化单元、自动增益控制单元；自动增益控制单元的信号输出连接扩频解调单元，扩频解调单元连接微控制器；微控制器连接扩频调制单元，扩频调制单元连接数模转化单元，数模转化单元连接电阻和电容后连接载波功率放大器，载波功率放大器连接第八电阻、第七电容、第三电感组成的滤波电路，滤波电路连接耦合变压器。

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