CN2120410U

CN2120410U - 电源线计算机组网数据通信接口处理机

Info

Publication number: CN2120410U
Application number: CN 92210404
Authority: CN
Inventors: 王光兴; 王越光; 张振川
Original assignee: Yan Wengong Feng Sufan
Current assignee: Yan Wengong Feng Sufan
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1992-10-28

Abstract

本实用新型提供的是一种能够利用电源线作介质传输数据，实现计算机局域网络的计算机通信接口处理机。它包括耦合滤波器、收发转换器、信号放大器、载波检测电路、解调器、整形消噪电路、解码电路、编码电路、调制电路、功放电路和延时电路。该机实现简单方便，经济可靠，速率可达1.2Kbit/S，在一个电力变压器照明供电范围内，计算机与接入的电源插座位置无关、工作站可以以CSMA方式共享介质，抗干扰能力强，误码率优于10^-5。

Description

本实用新型属于一种计算机通信接口装置，特别是一种能够使计算机通过照明电源线传输数据的通信接口处理机。

随着计算机网络的问世，单机局部自动化已向网络化方向发展。然而组成计算机网络的诸如基带以太网、宽带计算机以太网络系统等，都必须采用同轴电缆或光缆作介质传输信息，在计算机联网时必须在原有建筑物上敷设电缆，须对原有建筑物施行一定的破坏，而对于装修豪华的建筑来说损失就更为严重，并造成介质材料和人力的浪费。

本实用新型的发明目的在于提供一种能够利用电源线作介质传输数据，实现计算机局域网络的计算机通信接口处理机。

本发明是由以下方案实现的：通信接口处理机包含有：耦合滤波器、收发转换器、信号放大器、载波检测电路、解调器、整形消噪电路、解码电路、编码电路、调制器、功效电路和延时电路。耦合滤波器与收发转换器相联接，收发转换器的另一端与信号放大器输入端相联，信号放大器输出端同时与载波检测电路的输入端和解调器的输入端相联，载波检测电路的输出端向MAC层输出载波信号DCD，解调器的输出端与数据整形消噪电路输入端相联接，数据整形消噪电路的输出送至解码电路，解码电路的输出RD信号送至MAC层。另外来自MAC层的计算机的数据输出TD输入编码电路的输入端。编码电路的输出送至调制器的输入端，调制器的输出端与功效电路的输入端相联，功放电路的输出经过收发转换器，再经耦合滤波器将载频信号送至介质层，调制器又与延时电路相联，延时电路给MAC层提供CTS信号。

当需要向介质层发送信号时，来自MAC层的RTS信号处于高电平有效，此时通信接口处理机的发送通道被打开，收发转换器处于发送状态，调制器被打开，接收通道被关闭，解调器被关闭。首先来自MAC层的数字信号TD经编码电路编码，然后送至调制器调制成已调波信号（载频f₀），再送至功放电路放大，经收发转换器，最后经过耦合滤波器将已调波载波波信号（载频f₀）发送至介质层，以便接收站的载波检测电路提前开始工作。在RTS信号有效后，由延时电路延时几毫秒给MAC层提供一个应答信号CTS，待CTS有效后MAC层再将数据流编码送至调制器调制成已调波信号，经过功放电路传输给收发转换器，再送至耦合滤波器，然后发送介质层。

当MAC层不需要发送数据信号时，RTS信号处于低电平。此时通信接口处理机的接收通道被打开，收发转换器处于接收状态，解调器被打开，发送通道被关闭，调制器被关闭，介质层信道上的载波信号或已调波信号，通过耦合滤波器抑制信道上的噪声干扰，然后经收发转换器送至信号放大器，再经过解调器进行CP－FSK解调，最后经数据整形消噪电路整形为方波，再通过解码电路解码，将数据流信号传输给MAC层。

附图1为数据通信接口处理机的原理框图

附图2为耦合滤波器的电路原理图

附图3为解调器的电路原理图

附图4为数据整形消噪电路的原理图

附图5为载波检测电路的电路原理图

附图6为调制器的电路原理图

下面结合附图对数据通信处理机作进一步详细描述：

1.耦合滤波器

如图2所示，在中频变压器B₃的初级一侧的端点4串联有无极性耦合电容C₂₁和可调电感L₂₁，另一端点6串联有无极性耦合电容C₂₂和可调电感L₂₂，C₂₁、C₂₂的电容量选为10^－7～10^－8数量级，使其对载频呈低阻抗，而对50Hz呈高阻抗，以隔离220V交流电流。中频变压器B₁再次隔离220V交流电流，同时耦合载频信号。电容C₂₁、C₂₂、可调电感L₂₁、L₂₂和变压器B₁的初级线圈的串联构成对载频信号谐振的串联谐振回路。在变压器B₁的次级端点1和3之间并联一电容C₂₃，相对载频信号构成并联谐振回路。

2.收发转换电路

晶体管开关在RTS信号控制下，实现数据接收和发送的转换，达到调制器与解调器在数据发送与接收时共用耦合滤波电路的目的。

3.信号放大电路

它将经过耦合滤波电路接收的已调波信号放大到一定的电平，提供给解调器进行数据解调。

4.解调器

如图3所示，Fsk解调器接收经耦合滤波器、收发转换器和信号放大器的已调CP－Fsk信号，经解调处理，输出基带波形。该解调器采用CMOS锁相环电路，它含有压控振荡器VCO、鉴相器PD和源极跟随器SF。CMOS锁相环电路的2脚与地之间串联有电阻R₃₃、电阻R₃₄和电容C₃₁，3脚与4脚短接，5脚为控制端，接收来自MAC层的RTS信号，RTS为低电平时有效，6脚与7脚间串联电阻C₃₀，8脚接地，9脚接于电阻R₃₃与电阻R₃₄之间，10脚与地之间并联有电阻R₃₅和电阻R₃₆、电容C₃₃两条支路，电阻R₃₆与电容C₃₃串联的结点为解调器的输出端，11脚与地之间串联有电阻R₃₁和可变电阻W₃₁，12脚与地之间串联有电阻R₃₂和可变电阻W₃₂，14脚为FSK信号的输入端，16脚接＋5V电源。其中的C₃₀（R₃₁＋W₃₁）决定压控振荡器VCO的解调中心频率，C₃₀（R₃₂＋W₃₂）决定压控振荡器的频率捕捉范围，控制端5脚输入高电平或低电平确定解调器的工作状态，FSK载频信号输入和VCO的输出送至鉴相器PD进行相位比较，其输出经由电阻R₃₃、R₃₄和电容C₃₁组成的低通滤波器，便得到反应载频FSK输入频差的解调基带信号，该信号经由受控制端控制的源极跟随器SF，最后由电阻R₃₅、R₃₆和电容C₃₃组成的输出电路输出解调信号波形，输出fs基带数字信号。

5.整形消噪电路与解码电路

如图4所示，该电路由三部分组成：整形电路、消噪电路和解码电路，解调器输出的数字信号fs，首先经整形电路〔41〕进行方波整形，整形后输出数字信号fin，数字信号fin再输入消噪电路，信号fin首先输入两个单稳触发电路〔42〕、〔43〕和D触发器〔44〕的D端，单稳触发电路〔42〕为前沿触发，〔43〕为后沿触发，两个单稳触发电路的输出同时作为或非门的输入，或非门〔45〕的输出作为D触发器〔44〕的CP脉冲输入，D触发器〔44〕的输出fout即消除了噪声，输出经解码电路〔46〕进行电平转换，将TTL电平数据转换为RS－232－C电平，转换为MAC层可接收的解码数据。

6.载波检测电路

如图5所示，载波检测电路的功能是将介质中正在发送的载频信号检测出来，给MAC层一个DCD信号。在载波检测电路的输入端与结结点A之间串联有电容C₅₀、电阻R₅₀，在结点A与B之间并联有反相器G₅₁和电阻R₅₁，在结点B、C、D、E和f之间分别串联有二极管D₅₁、反相器G₅₂电阻R₅₄和反相器G₅₃，在结点C与地之间并联有电阻R₅₃和电容C₅₃，在E与地之间串联有电容C₅₄。载频信号经电容C₅₀、电阻R₅₀输入到一极反相隔离放大器G₅₁中，隔离放大器G₅₁的作用是减轻对前级的影响，将载频信号的包络检测出来，经二极管D₅₁送入整形反相器G₅₂，经G₅₂整形后的信号送入电阻R₅₄、电容C₅₄组成的抗干扰延时电路，由于电阻R₅₄、电容C₅₄的放电时间常数较脉冲性噪声宽度大得多，所以当脉冲性噪声输出时，在C₅₄上的放电电压不足以使G₅₃翻转，因而具有抗脉冲噪声能力。而对于调频信号输入时，由于在整个数据传输过程中调频信号都一直存在，所以G₅₃能够一直可靠地工作，由f端给MAC层输出DCD信号。

7.调制器

如图6所示，调制器由CMOS集成电路CD4046构成，其功能是将来自编码电路的信号调制成已调波信号。9脚为基带信号输入端，5脚为压控振荡器VCO工作状态或禁止工作状态控制端，控制信号为来自MAC层的RTS信号。6脚与7脚之间联接电容C₆₀，8脚接地，3脚与4脚短接，11脚与地之间串接电阻R₆₁和可变电阻W₆₁，12脚与地之间串联电阻R₆₂和可变电阻W₆₂，16脚接＋5VV_D电源。在此，CMOS集成电路CD4046所起的作用为压控振荡器VCO，其功能在于由基带数字信号来控制压控振荡器VCO的输出，改变振荡频率，达到调制的目的。压控振荡器为RC振荡器，中心频率f₀＝200KHz，最大频率偏移量△f₀＝200Hz，电路中的电容C₆₀和电阻R₆₂为压控振荡器VCO的振荡频率控制元件，决定压控振荡器VCO的中心频率f₀，电阻R₆₁和可变电阻W₆₁决定最大频率偏移量△f值。

8.编码电路

它将MAC层提供的RS－232－C电平信号转换为通信接口处理机调制所需的TTL电平数据。

该通信接口处理机的优点在于：实现简单方便，经济可靠，速率可达1.2Kbit／S，在一个电力变压器照明供电范围内（≤1公里），计算机与接入的电源插座位置无关，工作站可以以CSMA方式共享介质，抗干扰能力强，对于脉冲噪声的抵御能力强，误码率优于10^－5可在一个电力变压器范围内实现16个以内的工作站联网。

Claims

1、一种数据通信接口处理机，其特征在于包含有耦合滤波器、收发转换器、信号放大器、载波检测电路、解调器、数据整形消噪电路、解码电路、编码电路、调制器、功放电路和延时电路，耦合滤波器与收发转换器相联接，收发转换器的另一端与信号放大器输入端相联，信号放大器输出端同时与载波检测电路和解调器的输入端相连，载波检测电路向MAC层输出载波信号DCD，解调器的输出端与数据整形消噪电路的输入端相连接，数据整形电路的输出送至解码电路，解码电路的输出信号RD送至MAC层，MAC层的数据输出TD输入编码电路的输入端，编码电路的输出送至调制器调制，再送至功放电路，功放电路的输出经过收发转换电路，再经耦合滤波器将载频信号送至介质层，调制器与延时电路联接，延时电路给MAC提供CTS信号，使MAC层在RTS为高电平有效后，延时几毫秒输出数据流信号。

2、按照权利要求1所述的数据通信接口处理机，其特征在于其其耦合滤波电路，在中频变压器B₁的初级一侧的端点4串联有无极性耦合电容C₂₁可调电感L₂₁，另一端点6串联有无极性耦合电容C₂₂和可调电感L₂₂，在变压器的次极端点1、3之间并联一电容C₂₃。

3、按照权利要求1所述的数据通信接口处理机，其特征在于解调器采用CMOS锁相环电路，它含有压控振荡器VCO、鉴相器PD和源极跟随器SF，CMOS锁相环电路的2脚与地之间串联有电阻R₃₃、电阻R₃₄和电容C₃₁，3脚与4脚短接，5脚为控制端，接收来自MAC层的RTS信号，6脚与7脚间串联电阻C₃₀，8脚接地，9脚接于电阻R₃₃与电阻R₃₄之间，10脚与地之间并联有电阻R₃₅和电阻R₃₆、电容C₃₃两条支路。电阻R₃₆与电容C₃₃串联的结点为解调器的输出端，11脚与地之间串联有电阻R₃₂和可变电阻W₃₂，12脚与地之间串联有电阻R₃₁和可变电阻W₃₁，14脚为FSK信号的输入端，16脚接＋5V电源。

4、按照权利要求1所述的数据通信接口处理机，其特征在于载波检测电路，其输入端与结点A之间串联有电容C₅₀、电阻R₅₀，在结点A与B之间并联反相器G₅₁和电阻R₅₁，在结点B、C、D、E和f之间分别串联有二极管D₅₁、反相器G₅₂、电阻R₅₄和反相器G₅₃。在结点C与地之间并联有电阻R₅₃和电容C₅₃，在E与地之间串联有电容C₅₄。

5、按照权利要求1、2、3或4所述的数据通信接口处理机，其特征在于调制器，其电路中的压控振荡器VCO由CMOS集成电路CD4046构成，其中9脚为基带信号输入端，2脚为CP－FSK信号的输出端，5脚为压控振荡器VCO工作状态或禁止工作状态控制端，控制信号为来自MAC层的RTS信号，6脚与7脚之间联接电容C₆₀，8脚接地，3脚与4脚短接，11脚与地之间串接一电阻R₆₁、可变电阻W₆₁，12脚与地之间串联电阻R₆₂、可变电阻W₆₂，16脚接＋5V电源。