CN2696214Y - 电力线网卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力线网卡，包括中央处理器，片外程序存储器，用于连接电力线的电源插头，与所述电源插头连接实现信号耦合的电力线耦合器1，与电力线耦合器1连接实现电源、数据信号分离的模拟前置电路模块2，用于和外部设备相连的接口控制器。本实用新型涉及的电力线网卡不再需要任何新的线路铺设，随意接入共享互联网络连接；可以在任何客户进行网络连接；可移动计算机至任意位置，使用简单；高通讯速率，可达14Mbps(将来通过升级设备可达100Mbps)，可使用VOD点播；数据加密，提供高安全性和高可靠性能，满足住户网上交易的需求；利用现有的电力线资源节省费用；安装设备以及使用方式简单方便。

Description

电力线网卡

技术领域

本实用新型涉及宽带接入设备，更具体地说涉及电力线网卡。

背景技术

网络接入方式的结构，统称为网络的接入技术，其发生在连接网络与用户的最后一段路程，网络的接入部分是目前最有希望大幅提高网络性能的环节。对本地环路网来说这是一个瓶颈，全球拥有上亿条用户接入线，因其功能有限，阻碍着网络用户业务的发展，而与用户线路另一端的高性能设备形成了鲜明的反差。随着电子技术和光电技术的迅速发展，数字电子系统(从个人计算机到网络交换机或路由器)以及信息传输设备性能都在快速稳步的增长，为解决这一环路瓶颈提供了广阔的发展前景。由于在本地环路铜线上传输的仍然是模拟信号，人们仍然使用着狭窄的无线频道穿越拥挤的无线电频谱。因此，大规模发展网络接入技术的过程中所遇到的“瓶颈”问题为全球现有的7.5亿条接入线提供超宽频带，已是当前网络技术发展的焦点。

使用宽带接入，可以获得较高的传输带宽，传输速率远远大于56K和ISDN的专线速率。这样，可有效地保证图像、声音、数据传送的清晰度和连贯性，无论是通过电子邮件收发大型文件还是下载图像或软件，均可在短时间内完成。相对而言，使用宽带接入所花费的费用是比较低的。一方面高速的连接节约了大量上网等待时间，使上网费用大大降低。

电力线通信是使用低压民用电线来传输网络数据的通信技术，从目前的发展阶段来看，电力线通信的技术涵盖了以太网技术与电力技术及一些特殊的通信编码调制技术。电力线载波PLC在OSI的第二层以上符合标准的802.3以太网规范。以太网是以点对点方式传输802.3格式帧的网络，以太网数据帧均遵从IEEE发布的802.3标准。电力线载波PLC则是以太网的一个分支，区别在于在物理层中介质更换为电力线，并且在第二层上采用了基于CSMA/CA的广播共享方式，在此规范下HomePLUG 1.0的通信速率为14Mbps。

为了解决在强电环境下对高频数据通信的干扰，HomePLUG规范中引入了OFDM调制方式，并且在标准规范中保证了与国际电磁兼容的适配，以避免电磁泄漏对通信及其他设备电器的影响。

CSMA/CA：载波监听多路访问/冲突防止，由于电力线通信技术基于民用家庭(办公)电线，这使得无法为每一个端站划分独立的物理信道，从而电力线载波PLC只能基于共享方式。这样冲突就不能避免，而电力线的拓扑环境比较随意无序，因此传统的冲突检测难以进行，因此引入了新的协议：CSMA/CA，该协议的目的不是为了检测冲突，而是籍由划分时间段的方法来避免冲突。

OFDM：正交频分复用，OFDM是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施，HpmePLUG 1.0的规范覆盖4-21MHz的通信频段，在这个频段内划分了84个OFDM通信信道，。OFDM的原理是几个通信信道按90度的相位作频分，这样的结果是当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，这样就保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠，串扰。

HomePLUG是专为家庭电力环境下开发的通信标准规范，因此在办公及居民家庭环境下使用HomePLUG的产品与技术没有任何限制；而当在楼宇接入的环境下使用时，HomePLUG并不建议使用纯电力环境来架设电力线载波PLC网络。相应的解决方法是使用标准的以太网介质来连接大楼内的多个HomePLUG网络。电力线宽带接入技术，就是使用原有的低压220V电源线作为数据通信的线路载体；将原来所有电源插座变为信息插座而组建的网络被称为电力通信网络。电力线宽带接入技术，实际上就是计算机通过专用的网卡，接入到电源线，将网络信号转换成电线上传输的信号，所有客户便可通过专用的电力线网卡上网。

电力线宽带接入技术，即为用户需要使用宽带互联网时，只需用一个电力线网卡将电力线网卡的电源插头接入到客户房内的任何一个电力插座上便可接入到互联网。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在网络接入技术的过程中所遇到的“瓶颈”，提供一种电力线网卡，将使用原有的低压220V电源线作为数据通信的线路载体，将原来所有电源插座变为信息插座而实现网络接入。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电力线网卡，包括中央处理器，片外程序存储器，用于连接电力线的电源插头，与所述电源插头连接实现信号耦合的电力线耦合器，与电力线耦合器连接实现电源、数据信号分离的模拟前置电路模块，用于和外部设备相连的接口控制器。

所述模拟前置电路模块包括接收数据信号回路、发射数据信号回路。

所述接收数据信号回路包括用于对接收数据信号滤波的带通滤波器、放大接收数据信号的运算放大器和根据接收数据信号大小和所述中央处理器控制信号调节所述运算放大器增益的自动增益控制器；

所述发射数据信号回路包括用于对发射数据信号滤波的带通滤波器和放大发射数据信号的运算放大器。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述中央处理器为INT51X1芯片。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述模拟前置电路模块为AFE_SIP_5V模块。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述接口控制器为USB接口控制电路。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述接口控制器还可以为以太网接口控制器。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述以太网接口控制器为AC101L。

在本实用新型所述的电力线网卡中，所述片外程序存储器为AT93C46芯片。

在本实用新型所述的电力线网卡中，还包括用于为模拟前置电路模块以及其它电路提供电源的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器包括实现5V电源到3.3V电源变换的LM1117ADJ芯片和实现5V电源到1.5V电源变换TPS62000DGS芯片。

在本实用新型所述的电力线网卡中，还包括用于显示电力线网卡工作状态的状态显示器。

在本实用新型所述的电力线网卡中，还包括复位电路，所述复位电路为LM809M3X-2芯片。

本实用新型的有益效果是，不再需要任何新的线路铺设，随意接入共享互联网络连接；可以在任何客户进行网络连接；可移动计算机至任意位置，使用简单；高通讯速率，可达14Mbps(将来通过升级设备可达100Mbps)，可使用VOD点播；数据加密，提供高安全性和高可靠性能，满足住户网上交易的需求；利用现有的电力线资源节省费用；安装设备以及使用方式简单方便。

电力线上网通过利用传输电流的电力线作为通信载体，这使得电力线载波PLC技术具有极大的便捷性和随意性，只要在房间任何有电源插座的地方，就立即可享受4.5M～45Mbps的高速网络接入，来浏览网页、拨打IP电话和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”！另外，可将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电利用电力线载波PLC连接起来，进行集中控制，实现“智能家庭”的梦想。目前，电力线载波PLC主要是作为一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案。适用于居民小区、学校、酒店、写字楼等领域。电力网络宽带接入技术采用全新的网络结构，不通过传统的电话网络交换机，不存在占用电话线的问题，无需交纳电话费，进一步减少用户的上网费用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型的电力线网卡的结构方框图；

图2、3、4为本实用新型的电力线网卡的一个优选实施例的电路图；

图4、5、6、7、8为本实用新型的电力线网卡的一个优选实施例的电路图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型的电力线网卡的结构框图。

下面结合图1描述本实用新型的结构、连接关系和信号走向。

输送信号的过程为，首先将电源插头与电力线相连，将电力线与电力线网卡连接起来，电力线上传输的信号首先通过电源插头传输给电力线网卡的耦合器，通过电力线耦合器实现强电和弱电信号的分离。模拟前置电路模块2与电力线耦合器1连接，接收的信号传送给模拟前置电路模块，接收数据信号先通过带通滤波器8滤波处理后再经过运算放大器9放大，输送给与模拟前置电路模块2相连的中央处理器3。中央处理器3通过自动增益控制器5对运算放大器9进行自动增益调整，对信号进行接收处理，然后由中央处理器3内的A/D转换器实现数据的采集，中央处理器3将采集的数据进行解密处理后传输给与其相连的接口控制器4，最后通过接口控制器4将经过数据信号传输给外部计算机设备。

发射信号的具体过程为，外部设备通过接口控制器4将发射数据信号传送给中央处理器3，中央处理器3对数据经过加密处理，将处理后的数据通过其内部的D/A转换器将数据信号转换为可以发送的模拟信号，传送给与之相连的模拟前置电路模块2，发射数据信号在模拟前置电路模块2中先经过带通滤波器11滤波后，再传送给运算放大器10进行放大处理。发射数据信号再通过与模拟前置电路模块2相连的电力线耦合器1将发送的信号耦合到电力线上。

中央处理器3还与片外程序存储器7、显示电力线网卡工作状态的状态显示器6相连，实现参数的设置以及外部可观察的状态指示。

如图2、3、4所示，为本实用新型的一个优选实施例的电路图，其接口控制电路可与外部设备的USB接口相连，外部设备需要安装驱动程序。

下面结合图2至图4描述本实施例的电路图。

如图4所示，为电力线网卡电力线耦合器和模拟前置电路模块的电路图，模拟前置电路模块为AFE_SIP_5V模块，接收信号经过插头J3输入，经过电力线耦合器T1耦合传输给模拟前置电路模块。通过模拟前置电路模块内的运算放大器处理后，由模拟前置电路模块的5脚输出(RXOUT)，送入图2的中央处理器INT51X1的引脚J13(ADC_INP)和K13(ADC_INN)进行模数转换处理，在此过程中同时由中央处理器INT51X1生成自动增益控制码(AGC0～AGC7)，由自动增益控制器通过模拟前置电路模块的引脚8～15，对模拟前置电路模块的运算放大器进行控制，使运算放大器处于正常工作状态。信号传送到INT51X1进行模数转换处理、USB通讯数据打包格式处理以及解密处理，然后，通过引脚A3(DP)和A4(DM)送入到USB接口电路D+和D-，由接口电路送入USB接口设备。

需要发送的信号经过图3的USB接口电路送入到图2的INT51X1的引脚A3(DP)和A4(DM)，由INT51X1芯片进行USB通讯数据解包处理、数据加密处理、OFDM调制方式处理、CSMA/CA协议处理、然后进行数模转换处理将信号转换为可以加载到电力线上的模拟信号，通过引脚A3(DP)和A4(DM)，将信号送入到图4的模拟前置电路模块的引脚2、3，由模拟前置电路模块内的带通滤波器进行滤波处理，然后经过运算放大器将信号通过模拟前置电路模块的引脚18、19发射到电力线耦合器上，由电力线耦合器将发送的信号耦合到电力线上。

如图2所示，通过USB接口的Vbus引脚，经过滤波处理后得到标号为+5A的+5V电源，该电源直接供给图3的模拟前置电路模块。同时电源Vbus通过DC/DC变换器LM1117稳压处理后得到+3.3V电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_IO电源引脚以及图3的AT93C46芯片和LM809复位芯片作为工作电压，+3.3V电源经过滤波处理后得到标号为+3.3A的+3.3V电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_A电源引脚，电源Vbus通过DC/DC变换器TPS62000DGS稳压处理后得到+1.5V电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_C电源引脚。由软件通过接口控制INT51X1芯片，可以将MAC地址信息以及加密解密的密钥数据写入到AT93C46中保存。

如图4、5、6、7、8所示，为本实用新型的另一个优选实施例的电路图，其接口控制电路可与外部设备的TCP/IP以态网接口相连，如果客户的外部设备上配有普通RJ-45接口的网卡可以使用该设备，无需安装驱动程序。

下面结合图4～8描述本实施例的电路图。

如图4所示，为电力线网卡电力线耦合器和模拟前置电路模块的电路图，模拟前置电路模块为AFE_SIP_5V模块，接收信号经过插头J3输入，经过电力线耦合器T1耦合传输给模拟前置电路模块。通过模拟前置电路模块内的运算放大器处理后，由模拟前置电路模块的5脚输出(RXOUT)，送入图5的中央处理器INT51X1的引脚J13(ADC_INP)和K13(ADC_INN)进行模数转换处理，在此过程中同时由中央处理器INT51X1生成自动增益控制码(AGC0～AGC7)，由自动增益控制器通过模拟前置电路模块的引脚8～15，对模拟前置电路模块的运算放大器进行控制，使运算放大器处于正常工作状态。信号传送到INT51X1进行模数转换处理、通讯数据格式处理以及解密处理，然后，通过引脚B7、A8、B8、A9(网络标号为ETH_TXD0～3)将信号传送到图7的TCP/IP的物理层处理芯片AC101L的引脚11～14(TXD0～3)，由AC101L芯片对信号进行处理，然后通过引脚34(TXN)和35(TXP)将信号传送到图8的芯片S558-5999-T7引脚8(TX-)和6(TX+)，经过处理后由芯片S558-5999-T7引脚(TD-)和11(TD+)连到插座RJ-45，同外部以态网接口设备相连。

需要发送的信号经过图8的RJ-45接口电路送入到芯片S558-5999-T7的引脚14(RD-)和16(RD+)，经过处理后由芯片S558-5999-T7引脚3(RX-)和1(RX+)9连到图7的TCP/IP的物理层处理芯片AC101L的引脚26(RXN)和27(RXP)，然后通过引脚48～45(RXD0～3)将信号传送到图5的INT51X1的引脚A2、B1、C1、C2(网络标号为ETH_RXD0～3)，由INT51X1芯片进行通讯数据解包处理、数据加密处理、OFDM调制方式处理、CSMA/CA协议处理、然后进行数模转换处理将信号转换为可以加载到电力线上的模拟信号，通过引脚A3(DP)和A4(DM)，将信号送入到图4的模拟前置电路模块的引脚2、3，由模拟前置电路模块内的带通滤波器进行滤波处理，然后经过运算放大器将信号通过模拟前置电路模块的引脚18、19发射到电力线耦合器上，由电力线耦合器将发送的信号耦合到电力线上。

如图6所示，外部的220V交流电源经过变压器后经过整形稳压后得到，经过滤波处理后得到标号为+5A的5V电源，该电源直接供给图3的模拟前置电路模块引脚7。同时经过整形后的电源首先经过第一级的DC/DC变换器LM1117稳压处理，再经过一级的DC/DC变换器LM1117稳压处理后得到标号为+3.3V的电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_IO电源引脚以及图3的AT93C46芯片和LM809复位芯片作为工作电压，+3.3V电源经过滤波处理后得到标号为+3.3A的+3.3V电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_A电源引脚，第一级的DC/DC变换器LM1117稳压处理后的电源通过DC/DC变换器TPS62000DGS稳压处理后得到+1.5V电源，提供给图2的INT51X1芯片的VDD_C电源引脚。由软件通过接口控制INT51X1芯片，可以将MAC地址信息以及加密解密的密钥数据写入到AT93C46中保存。

Claims (10)

1、一种电力线网卡，包括中央处理器(3)，片外程序存储器(7)，其特征在于：

用于连接电力线的电源插头，

与所述电源插头连接实现信号耦合的电力线耦合器(1)，

与电力线耦合器(1)连接实现电源、数据信号分离的模拟前置电路模块(2)，

用于和外部设备相连的接口控制器(4)；

所述模拟前置电路模块(2)是模拟前置电路包括接收数据信号回路、发射数据信号回路；

所述接收数据信号回路包括用于对接收数据信号滤波的带通滤波器(8)、放大接收数据信号的运算放大器(9)和根据接收数据信号大小和所述中央处理器(3)控制信号调节所述运算放大器(9)增益的自动增益控制器(5)，

所述发射数据信号回路包括用于对发射数据信号滤波的带通滤波器(11)和放大发射数据信号的运算放大器(10)。

2、根据权利要求1所述的电力线网卡，其特征在于，所述中央处理器(3)为INT51X1芯片。

3、根据权利要求2所述的电力线网卡，其特征在于，所述模拟前置电路模块(2)为AFE_SIP_5V模块。

4、根据权利要求2所述的电力线网卡，其特征在于，所述接口控制器(4)为USB接口控制电路。

5、根据权利要求2所述的电力线网卡，其特征在于，所述接口控制器(4)为以太网接口控制器。

6、根据权利要求5所述的电力线网卡，其特征在于，所述接口控制器(4)为AC101L芯片。

7、根据权利要求1-6任何一项所述的电力线网卡，其特征在于，所述片外程序存储器(7)为AT93C46芯片。

8、根据权利要求1-6任何一项所述的电力线网卡，其特征在于，还包括用于为模拟前置电路模块(2)以及其它电路提供电源的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器包括实现5V电源到3.3V电源变换的LM1117ADJ芯片和实现5V电源到1.5V电源变换的TPS62000DGS芯片。

9、根据权利要求1-6任何一项所述的电力线网卡，其特征在于还包括用于显示电力线网卡工作状态的状态显示器(6)。

10、根据权利要求1-6任何一项所述的电力线网卡，其特征在于还包括复位电路，所述复位电路为LM809M3X-2芯片。

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