CN211630454U - 电力载波信号识别电路和集成电路芯片 - Google Patents

Abstract

一种电力载波信号识别电路，其包括信号在电源线上传输时，对电源线上电压信号的幅度变化和持续时间进行识别，进而解码成相应数据，减少信号识别时对电源电压的依赖，传输距离增加也不会减低信号识别率，从而降低对系统电源的要求。

Description

电力载波信号识别电路和集成电路芯片

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种电力载波信号识别电路和集成电路芯片。

背景技术

如今市面上有很多电力载波LED控制芯片应用在3D灯、圣诞灯、窗帘灯等场合，相比以前的四线传输系统，简化了安装流程和大幅节约了线缆成本，同时也降低了产品的故障率，没有了维修的麻烦。但是这些产品由于采用电源线传输数据，在电源线本身干扰较大的前提下，电源电压会随着传输距离增加而下降，信号传输幅度也变小，采用固定比较点的方式识别数据，当电源的低电平点或者高电平点靠近或者比较点时，芯片数据识别将会失败，可靠性低，导致距离主控较远的芯片无法识别控制系统发送的数据，从而无法根据系统数据做出正确反应。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种电力载波信号识别电路和集成电路芯片，旨在解决传统电力载波采用固定比较点的方式识别数据可靠性低的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种电力载波信号识别电路，包括：

电压幅度检测电路，配置为连接电源线，用于检测电源线上每一数据帧的数据以载波信号的形式调制在电源线上所引起的电压幅度变化和持续时间并生成对应的电平信号；

解码电路，与所述电压幅度检测电路连接，配置为将所述电平信号进行转换得到当前数据帧的数据；

控制电路，与所述解码电路连接，配置为从当前数据帧的数据中提取驱动信号以驱动负载。

本申请实施例的第二方面提了一种集成电路芯片，包括如上所述的电力载波信号识别电路。

本申请实施例提供的电力载波信号识别电路和方法的有益效果在于：信号在电源线上传输时，对电源线上电压信号的幅度变化和持续时间进行识别，进而解码成相应数据，减少信号识别时对电源电压的依赖，传输距离增加也不会减低信号识别率，从而降低对系统电源的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请第一实施例提供的电力载波信号识别电路结构示意图；

图2为本申请第二实施例提供的电力载波信号识别电路结构示意图；

图3为本申请第三实施例提供的电力载波信号识别电路结构示意图；

图4为本申请的电力载波信号的三种不同方式的波形图；

图5为图1所示的电力载波信号识别电路中电压幅度检测电路的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，图1示出了本申请较佳实施例提供的电力载波信号识别电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例中的电力载波信号识别电路可以被集成在芯片中，比如用于驱动 RGB全彩LED灯，LED灯也可以被一同集成在改芯片中。电力载波信号识别电路包括电压幅度检测电路11、解码电路12以及控制电路13。控制系统将数据信号调制在电源线上，电压幅度检测电路11配置为连接电源线，用于检测电源线上每一数据帧的数据以载波信号的形式调制在电源线上所引起的电压幅度变化和持续时间并生成对应的电平信号；解码电路12与所述电压幅度检测电路 11连接，配置为将所述电平信号进行转换得到当前数据帧的数据。

电压幅度检测电路11将电源线上的电压变化幅值进行电平转换后与基准电压进行比较得到解码电路12可以识别的电平信号，解码电路12利用系统时钟将该电平信号转化为载波数据；至此，将加载在电源电压上的数据信号解码分离出来，得到载波数据。

载波信号在电源线上传输时，对电源线上电压信号的幅度变化和持续时间进行识别，进而解码成相应数据，减少信号识别时对电源电压的依赖，传输距离增加也不会减低信号识别率，从而降低对系统电源的要求。

其中一些实施例中，请参阅图2，如需要根据载波数据驱动负载，那么电路中还需要配置一个控制电路13，控制电路13与解码电路12连接，控制电路 13配置为从当前数据帧的数据中提取驱动信号以驱动负载。进一步地当控制系统需要同时控制多个芯片时，电压幅度检测电路11还需要根据当前数据帧的数据中的预设标示码(比如RESET码)进行计数统计，当控制电路13判断芯片地址匹配当前数据帧计数值时，从当前数据帧的数据中提取驱动信号。

在其中一些实施例中，请参阅图3，控制电路13包括地址设置电路131、数据帧计数电路132及逻辑控制电路134。地址设置电路131配置为设定地址信息；数据帧计数电路132，配置为根据所述数据中的预设标识码进行计数统计；逻辑控制电路134与所述地址设置电路131、数据帧计数电路132及所述负载连接，配置为将所述地址信息与当前数据帧的计数值进行比较，当所述地址信息与所述计数值匹配时，从当前数据帧的数据中提取驱动信号以驱动负载。

本实施例中，地址设置电路131连接逻辑控制电路134，通过电源线接收地址设置控制信号来烧多晶硅熔丝设定芯片地址信息，本实施例中，地址设置端是9位。数据帧计数电路132统计载波数据的预设标示码，当判断一个数据帧完成时，数据帧计数器值加一。可选地，数据帧计数电路132还被配置为接收初值设置指令，根据所述初值设置指令设置数据帧计数寄存器的计数值的初值，电路正常工作后在此计数值上累加。

如上述，比如负载时全彩LED灯，控制电路13应还包括转换电路135和驱动电路136，转换电路135将载波数据中的控制数据转化为不同占空比的驱动信号，驱动电路135连接外部LED驱动端，用于根据驱动信号驱动所述LED 模组工作。

本实施例中，电压幅度检测电路11是根据电源线上的电压峰峰值以及大于预设值的峰峰值持续时间来确定是否有有效载波信号。不需要设置采用固定比较点的方式识别数据，即使电源电压会随着传输距离增加而下降，电压峰峰值也不会随之改变，只要源线上的电压峰峰值大于预设值即能识别出载波信号，可靠性高，距离主控较远的芯片也能识别控制系统发送的数据。

具体地，检测电源线上的电压，并根据该电压的峰峰值及大于预设值的峰峰值的持续时间输出对应的电平信号，其中，在该电压的峰峰值大于预设值且持续时间匹配第一预设时长则输出第二预设时长的第一电平信号，在该电压峰峰值大于预设值且持续时间匹配第三预设时长则输出与所述电平信号相反的、第四预设时长的第二电平信号，在该电压的峰峰值大于预设值且持续时间匹配第五预设时长则输出第六预设时长的标识电平，所述标识电平为第一电平信号或第二电平信号。此后，解码电路12将所述第二预设时长的第一电平信号、所述第四预设时长的第二电平信号分别转换为数据0、1，将所述第六预设时长的标识电平转换为预设标识码。可以理解的是，第一预设时长和第二预设时长可以是相等的，或可以是不相等的；同样的，第三预设时长和第四预设时长可以是相等的，或可以是不相等的，第五预设时长和第六预设时长可以是相等的，或可以是不相等的。

请参阅图3，比如电压幅度检测电路11接入的电压信号符合条件的电压峰峰值(可以为任何电平)持续1us时，则输出1us低电平，此后，解码电路12 将低电平转换为数据0；持续2us时，则输出2us高电平，解码电路12将高电平转换为数据1；持续4us时，则输出预设时长(比如4us)的低电平或高电平，解码电路12将预设时长的低电平或高电平转换为RESET码，RESET码说明该数据帧发送结束，多芯片级联系统上的地址与数据帧匹配的芯片将刷新辉度显示。

在一个实施例中，电源线上的每一数据帧的数据是以高电压与低电压不同持续时间组合表示，电源线上的每一数据帧的数据包括控制码、控制数据(比如分别驱动三色LED的第一数据、第二数据、第三数据)、RESET码。可选地，控制码包括两个工作模式选择位，第一数据、第二数据、第三数据分别包括八位，表示LED不同的辉度，RESET码为预设标识码，代表数据帧结束信息，帧结束信息以低电压持续时间在设定时间范围内表示。芯片内部地址不局限于laser fuse、metal fuse、poly fuse、otp、mtp等方式.

在一个实施例中，电源线上的每一数据帧的数据从电源电压中分离出来，比如工作模式控制码为两位，当工作模式控制码选择位为11时，电力载波信号识别电路进入数据帧计数设置的工作模式，数据帧计数电路132准备接收初值设置指令设置数据帧计数器的计数值的初值。当工作模式控制码选择位为01 时，逻辑控制电路134地址设置电路131的地址信息与数据帧计数电路132的计数值进行比对，当数据相同时，逻辑控制电路134从当前数据帧的数据中提取控制数据，转换电路135将控制数据转化为不同占空比的辉度驱动信号，驱动电路136根据不同占空比的辉度驱动信号驱动所述LED模组工作。

控制系统在发送数据帧时不需要包含芯片地址，数据帧计数电路132对电源线上解码后的载波数据中RESET码进行统计，自动匹配芯片内部地址后发出输出信号，减少数据发送量，降低芯片接收数据的误码率，使整个系统控制更加稳定，同时降低了芯片和控制系统成本。

在一个实施例中，请参阅图5，电压幅度检测电路11包括电平转换单元111、比较器112。电平转换单元111配置为连接电源线，用于接入电源线上电压信号，并根据该电压信号生成预设幅值检测电平；比较器112的一个输入端连接所述检测电平，另一个输入端连接基准电压，比较器112将所述检测电平与基准电压比较输出作为比较结果的所述电平信号。上述电压幅度检测电路11提供了一种载波信号的识别方式，通过电平转换和比较后得到后续解码电路12能识别的电平信号。

在一个实施例中，电平转换单元111包括一容性器件M0、第一NMOS管 M1以及一二极管D1；所述第一NMOS管M1的栅极用于连接电源线，所述第一NMOS管M1的漏极作为电平转换单元111的输出、连接所述容性器件M0 的第一端，所述容性器件M0的第二端连接所述比较器112的电源端，所述第一NMOS管M1的源极接地，所述二极管D1连接在所述第一NMOS管M1的源极和漏极之间，且正极接地。

可选地，容性器件M0包括一电容器；或者容性器件M0包括一PMOS管，其中，该PMOS管的栅极作为所述容性器件M0的第一端，该PMOS管的漏极、源极及衬底共接作为所述容性器件M0的第二端。本实施例中，根据电平转换单元111的工作原理可知检测电平和电源电压的电平状态是相反的。

在一个实施例中，电压幅度检测电路11还包括输出单元113；输出单元113 与所述比较器112的输出端连接，配置为用于加强所述电平信号的驱动能力。本实施例中，输出单元113包括串联连接的两个反相器I1、I2。在其他实施例中，可以输出单元113可以是RC电路。

在一个实施例中，电压幅度检测电路11还包括上电保护电路114，所述上电保护电路114的输入端用于连接上电复位信号POR1，所述上电保护电路114 配置为在所述上电复位信号POR1的控制下使所述电压幅度检测电路11的输出钳位在高电平或低电平。可选地，上电保护电路114包括第一反相器I3和第二 NMOS管M2，所述第一反相器I3的输入端作为所述上电保护电路114的输入端，输出端连接所述第二NMOS管M2的栅极，所述第二NMOS管M2的漏极连接所述比较器112的输出端或所述输出单元113的输出端，所述第二NMOS 管M2的源极接地。

另外，图5中公开的是比较器112通用架构，在其他实施方式中，可以采用其他比较器架构，这里不再赘述。

具体地，上电复位信号POR1给电压幅度检测电路11(可以是芯片)提供初始状态，上电后上电复位信号POR1为低电平，经过反相器I3后为高电平，第二NMOS管M2打开，强制把比较器112输出置为低，输出端DOUT输出为 0，芯片处于上电复位状态。芯片上电复位成功后上电复位信号POR1为高，经过反相器I3后为低电平，第二NMOS管关闭，输出端DOUT值为比较器112 输出值，芯片进入正常工作。基准电压VREF为基准模块提供，例如1.2V，信号NBIAS为基准模块提供的电流源，作为比较器112的尾电流。电源电压VCC 用容性器件M0和阻性器件-第一NMOS管M1分压后输入到比较器112的N 端(NMOS管M4的栅极)，与比较器112的P端(NMOS管M5的栅极)的基准电压VREF比较。

电源电压VCC(比如5V)上电后，容性器件M0没有电荷，电源电压VCC经过NMOS管M1对容性器件M0充电，经过一定时间后，容性器件M0 充满充电电流为零，比较器112的N端的电压为0V。当电源电压VCC由5V 降到3V时，容性器件M0两端的压降5V不能突变，N端电压为3-5＝-2V，由于二极管D1的钳位作用，N端电压为-0.7V，P端电压值1.2V大于N端电压值 -0.7V，比较器112输出为高电平，经过两个反相器I1、I2后，输出端DOUT 为高电平。当电源电压VCC由3V升到5V时，容性器件M0两端的压降-2V 不能突变，N端电压为-0.7+2＝1.3V，P端电压值1.2V小于N端电压值1.3V，比较器112输出为低电平，经过两个反相器I4、I3后，输出端DOUT为低电平。电压幅度检测检测工作如此反复进行，解码电路12对电压幅度检测模块的 DOUT输出根据电平信号及其持续时间进行识别，解码成对应数据并以移位寄存器的方式存储。解码电路12可以是模式转换电路。

本实施例中，数据帧信号的格式为控制码+第一数据+第二数据+第三数据 +RESET码，在本实施例中，控制码共2位，为工作模式选择位。第一数据、第二数据、第三数据分别设为8位，

C1C0:2位工作模式选择位，C1C0＝11时，芯片进入数据帧计数设置的工作模式；C1C0＝01时，芯片地址与数据帧计数进行匹配，输出驱动信号。在驱动全彩LED灯时，第一数据、第二数据、第三数据分别代表三色LED灯的亮度数据信息，控制系统发送数据时先发低位，再发高位。先发控制码，然后按第一数据、第二数据、第三数据的顺序从低到高位依次发送。

转换电路135将数据信号中的控制信号转化为不同占空比的辉度驱动信号，8位数据信息表示0-255个不同数值，不同数值对应LED灯不同的亮度，当数值为0时，LED灯的亮度最小，灯灭，当数据为255时，LED灯的亮度最大，当数据为中间某一数值时，比如128时，表现PWM输出为128/256的占空比输出亮度。

逻辑控制电路134包括多个同或门，C1、C0对应移位寄存器中的I56_Q、 I52_Q，地址设置电路的各个地址的值与数据帧计数电路中的各数据帧计数器的值分别做同或运算后经过与运算输出的匹配信号。两个控制码的移位寄存器通过同或门运算，C1C0为01时，进入芯片地址与数据帧计数匹配模式。C1C0 为01时，两个控制码的移位寄存器通过同或门运算的输出与匹配信号经过与的结果，得到逻辑控制电路134的输出使能信号。收到结束码RESET后，同时输出使能信号为1时，逻辑控制电路134把载波数据中第一数据、第二数据、第三数据输出到转换电路135，同时更新驱动电路136的输出；反之，则不刷新输出显示。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力载波信号识别电路，其特征在于，包括：

电压幅度检测电路，配置为连接电源线，用于检测电源线上每一数据帧的数据以载波信号的形式调制在电源线上所引起的电压幅度变化和持续时间并生成对应的电平信号；

解码电路，与所述电压幅度检测电路连接，配置为将所述电平信号进行转换得到当前数据帧的数据。

2.如权利要求1所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述电压幅度检测电路具体用于：

检测电源线上的电压，并根据该电压的峰峰值及持续时间输出对应的电平信号，其中：

在峰峰值大于预设值且持续时间匹配第一预设时长则输出第二预设时长的第一电平信号；

在峰峰值大于预设值且持续时间匹配第三预设时长则输出与所述第一电平信号相反的、第四预设时长第二电平信号；

在峰峰值大于预设值且持续时间匹配第五预设时长则输出第六预设时长标识电平，所述标识电平为第一电平信号或第二电平信号。

3.如权利要求1或2所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述电压幅度检测电路包括：

电平转换单元，配置为连接电源线，用于接入电源线上电压信号，并根据该电压信号生成预设幅值的检测电平；

比较器，一输入端连接所述检测电平，另一输入端连接基准电压，所述比较器将所述检测电平与基准电压比较输出作为所述电平信号的比较结果。

4.如权利要求3所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述电平转换单元包括一容性器件、第一NMOS管以及一二极管；所述第一NMOS管的栅极用于连接电源线，所述第一NMOS管的漏极作为电平转换单元的输出、连接所述容性器件的第一端，所述容性器件的第二端连接所述比较器的电源端，所述第一NMOS管的源极接地，所述二极管连接在所述第一NMOS管的源极和漏极之间，且正极接地。

5.如权利要求4所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述容性器件包括一电容器；或者

所述容性器件包括一PMOS管，其中，该PMOS管的栅极作为所述容性器件的第一端，该PMOS管的漏极、源极及衬底共接作为所述容性器件的第二端。

6.如权利要求3所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述电压幅度检测电路包括还包括上电保护电路，所述上电保护电路的输入端用于连接上电复位信号，所述上电保护电路配置为在所述上电复位信号的控制下使所述电压幅度检测电路的输出钳位在高电平或低电平。

7.如权利要求6所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述上电保护电路包括第一反相器和第二NMOS管，所述第一反相器的输入端作为所述上电保护电路的输入端，输出端连接所述第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的漏极连接所述比较器的输出端，所述第二NMOS管的源极接地。

8.如权利要求1或2所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路与所述解码电路连接，配置为从当前数据帧的数据中提取驱动信号以驱动负载。

9.如权利要求8所述的电力载波信号识别电路，其特征在于，所述控制电路包括：

地址设置电路，配置为通过芯片内部多晶硅熔丝的通断设置设定地址信息；

数据帧计数电路，配置为根据所述数据中的预设标识码进行计数统计；

逻辑控制电路，与所述地址设置电路、所述数据帧计数电路及所述负载连接，配置为将所述地址信息与当前数据帧的计数值进行比较，当所述地址信息与所述计数值匹配时，从当前数据帧的数据中提取驱动信号以驱动负载。

10.一种集成电路芯片，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电力载波信号识别电路。

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