TW395102B - Improved general LAN power-line carrier transmitting system and method - Google Patents

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TW395102B
TW395102B TW087108610A TW87108610A TW395102B TW 395102 B TW395102 B TW 395102B TW 087108610 A TW087108610 A TW 087108610A TW 87108610 A TW87108610 A TW 87108610A TW 395102 B TW395102 B TW 395102B
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Alma K Schurig
Daniel B Haab
Kent A Butler
David P Phillips
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Intelogis Inc
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Description

3287pif.d〇c/002 A7 B7 五、發明説明（I ) · 本發明是有關於一種區域網路(Local Area Network簡 稱LAN)電源線載波（p0wer Line Carrier簡稱PLC)轉發器 (Repeater)，莾中區域網興的訊號/資料係通里覆源座載搜 透嚴建築物a現存游雷源變來停達、’這比利用必須專業安 裝施工的特殊電纜要來的合理。區域網路電源線載波轉發 器必須(A)有效率地與區域網路及其傳輸協定做介面(B)達 到透過電源線傳送的資料率至少是遠遠快過習知電源線載 波系統(C)對複數個使用者提供可接受的運作。當現行之許 多區域網路（包括Arcnet、權杖‘環（Token Ring)以及RS-485 )都可以適用於本發明時，在此特分析乙太網路 (thernet LAN)爲例來描述本發明之介面及資料率需求。 本發明特別是有關於一種區域網路電源線載波轉發器 之系統’其應用差頻移位鍵（Differential Frequency Shift Key簡稱DFSK)技術，以增加資料率、雜訊豁免及系統穩定 吏用了 DFSK，藉由改進波邊解析（edge resolution)而改 進區域網路電源線載波轉發器的效能；降低傳輸訊號之有 效頻寬需求，因此增加了資料率或是變窄了濾波器的頻 寬；由交流耦合類比資料來降低溫度係數以及調整需求； 降低了資料切割機內（data slicer)起始的暫態；在標記頻率 (marking frequency)拒絕了雜訊；爲了壓縮或控制目的而允 許特殊字元。本發明整合了多種超越現彳術之其.他改
進，包括：改進射頻(RF)及中缓(ΙζΙ頻寬以增力Hg贵率；JI ............. · · .， . -- 波頻率以及資料赛if脈同步；每九位元有一重對齊 一‘财, · ..... * 1 ·..... * ^ (realignment bit)位元；具有一群確認（Acknowledge簡稱 4 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 4 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） 3287pif.doc/002 A7 B7 五、發明説明（；） . ACK)其爲在低資料率之頻率移位鍵（Frequency Shift Key 簡稱FSK);以及不使用接收訊號強度指示器（Receive Signal Strength Indicator簡稱RSSI)，而使用特殊前文承闊 始字元來完成載波偵。這些改進提供一種應用在電源線 載波，具有明顯增進資料品質之完整調變以及解調系統。 乙太網路IEEE 8〇2·3標準提供了一種經由共用的傳輸 媒體或匯流排，讓多使用者共享（網路）資料傳輸存取，又 保持資料存取時間及傳輸率能被接受的機械與電子的標準 與協定。使用者存取網路係透過網路上之節點，此節點通 常是其電腦或工作站’並具有硬體網路介面’且實際接在 網路線上。專有的網路軟體(例如NetWare以及Windows for Workgroups)與工作站的作業系統一起執行，以管理使用者 之應用程式與網路間的介面。唯一的識別碼(ID)/位址提§1 給個別的使用者，所以只有具有正確.¾址前？描述i勺訊 息，可以?皮接受並笔到其節點赛孚作&」JI運略其他所有 的訊息。乙太遍路協定中也提供當複數個網路使用者尋求 同時存取網路時之碰撞的偵測及管理，所以在同一時間只 有一個使用者可安全的傳送資料，這種實現具有碰撞偵測 的載波感測多工存取(CSMA/CD)協定之軟體’一般分成嵌 入在乙太網路介面卡上的軔體以及專有的工作站軟體。 在對等式網路(peer-to-peer)架構下’兩個或更多的工作 站可以網路連在一起，每一使用者具有在同一時間當超過 一個使用者尋求初始通訊時的資料碰撞仲裁，其可與任一 其他使用者通訊。在乙太網路規格中’當偵測到碰撞時’ 5 本紙張尺>^用中國國家標準(CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂- 經浐部中头eir^h 5消贽合竹"rpf A7 B7 3287pif.d〇c/〇〇2 五、發明説明（）） · 每一使用者介面再重新嘗試存取前退回（back 〇ff) 一隨機時 間。在檔案委託（client-file)伺服器的架構下，每—使用者 與伺服器通訊以及直接與其他使用者通訊，仲裁發生在伺 服器與使用者間。 .因爲大量的使用者造成高頻率的資料傳輸以及碰撞仲 裁，爲了配合可接受的傳輸時間延遲，乙太網路的資料率 必須非常高’結果就是’ IEEE 802.3標準提供的資料傳輸 是在10Mbps的速率下，而資料封裝不超過15〇〇位元組，這 .樣的速度是三位數遠高於習知之電源線載波收發器（以及 20kbps之RS-232標準）。習知之電源線載波資料通訊/區域 ，婦路技術的例子，可參考美國專利第4,556,864號以及 5,289,476 號。 另外，乙太網路機械上的標準提供雙向性的通訊，不 管是藉由同軸電纜（厚/薄網）或是稱之爲UTP或lObaseT之 兩組無遮蔽雙絞線（每一資料流向有一組），同軸介面使用 一收發器以在電腦之雙向數位資料與同軸網路之射頻資料 .調變訊號間介面溝通。爲滿足雙向資料，lObaseT媒體更直 接地使用兩組雙絞線（一組送與一組收資料），爲了達成 10Mbps的資料輸出，應用類似於RS-485標準的介面，其提 供平衡、獨立以及低阻抗傳送器與差動接收器。RS-485標 準提供可高達32個傳送器與接收器網接在同一資料線。同 軸電纜與無遮蔽雙絞線兩通訊介面/區域網路卡都已經降 到低成本，高效率的商用產品’可由多家廠商供給。 像乙太網路的網路系統，有一問題是纜線架設的成本 6 ( CNS ) A4m$- ( 210X297^ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 敦.
、1T 經浐部中戎"4,-^以η消资合竹ί1卬贫
3287pif.doc/002 五、發明説明（f ) 昂貴，每一節點或使用者可超過$1〇〇，且翻修老舊的商業 架構經常是昂貴而困難，許多公司經常性地需要重新安排 辦公室空間，以滿足商業需求的變化，故對連接與重新架 設工作站至其區域網路，需要更便宜以及更友善的方法； 並且存在有可使用纜線長度的限制。本發明針對前述事 項，藉由經過交流電源線的’轉發’電源線載波資料傳輸， 提供了成本效益高的特殊纜線安裝之另類選擇。 已經有範圍在900MHz之射頻區域網路轉發器，其頻寬 足夠來傳送10Mbps的訊號，但是，900MHz的系統不只是 非常昂貴(每一節點約$600-$800)，也在商用大樓呈現普及 與干擾問題’而在商用大樓區域網路是最普遍使用，且該 等軟體在管理數目大的使用者.是不被接受，（加上高成本） 因而嚴重地減損其散佈推廣。 本發明，不管如何，同時提供出商用區域網路卡/瑋以 及電源線載波轉發系統之兩介面，能在足夠的高速率下轉 換資料封裝，且具有碰撞偵測/預防的軔體，在可競爭的成 本下，相對於小型及中型區域網路系統近似沒有透明般。 電源線載波轉發/收發器同時包括一新穎的資料傳送器 以及一進步的資料接收器，其具有超過90db的放大功率， 兩物合起來能提供高頻寬/資料率之頻率移位鍵（FSK)傳 送，其資料率從直流到超過2Mbps(每秒百萬位元）。2_ 20MHz之射頻電源線載波頻率組合了足夠之傳輸功率以及 接收敏感度，在高衰減及雜訊的交流電源線’達到充分的 訊號雜訊比。超過9〇db敏感度/射頻範圍允許經由3相電力 7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 -線 經浐部中A«.it-XJM-t消赀合竹.^卬掌 本紙張尺度適Λ中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 A7 __B7 _ ____ 五、發明説明（爻） 分佈系統，做適當的資料傳輸’此工業安裝的電力系統可 具有電容性負載以及引發雜訊的電子裝備。組合有接收器 敏感度的射頻電源線載波頻率，藉由相與相間的電力容量 之佈線，允許訊號在居家之2相電源及工業用之3相分佈系 統間移相。高差異(大於ΙΟΟΚΗζ)之頻率移相鍵訊號組合高 射頻載波頻率以及在接收器之3級的射頻與中頻濾波，使得 在電干擾的情形下，資料傳輸仍非常強韌。 多個收發器具有在不同射頻載波頻率同時運作的能 力，因此允許全雙工串列通訊，以及允許在同一電源線上 操作多個網路而不互相影響。 區域網路介面包括2副系統：（1)一雙向區域網路卡或璋 ''*-*-··' · -----------------·-·.·»- 介面，用以（a)接收（並儲存在緩衝器）正‘士之1資料封裝， 此資料封裝遵從區域網路系統格式，且係從一使用者工作 站傳送到另一使用者，以及(b)用以返還從另一使用者工作 站到同一使用者之遵從區域網路系統格式之資料封裝，以 -- __ . 〜”- -.—- ·..... 及(2)—非同步串列資料收發器(具有資料緩衝），其⑷藉由 埠介面’以的正輸出之資料封裝，來驅動電 ---- .. . 一 '源線載波資料發送器，以及(b)接收從電源線載波資料接收 器進來的資料，此資a原由其他使甩者而來。串列資料收 是由具有軔體的一系統控制器來控制⑴以在電源線上 否與其他使用者發生資料碰撞（Π)以管理資料封裝 傳輸：從區域網路介面到串列資料收發器輸出去， ’從串列資料收發器回到區域網路介面收進來。現在 已有'爲T管理整個轉發器之商用控制器，其同時包含非同 8 本紙張尺度適用中CNS ) A4規格（21〇'χ297公釐） ' ----------ο------1T------ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 3287pif.doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 五、發明説明（) 步電源線載波串列埠以及有些區域網路介面埠’例如RS-232與RS-485以及平行並列璋等。 ;一個比較上簡單且低成本之電源線載波區域網路轉發 器，使用如NetWare Lite之軟體透過標準串列埠來網連工作 站，電源線載波區域網路轉發器包含一低成本但稱職的微 控制器，具有（1)—RS-232D埠（115.2Kbaud)以連接一內建 串列埠到使用者，以及(2)—連接到電源線載波收發器之非 同步串列通訊埠。板上控制器軔體除了在電源線載波匯流 排之碰撞仲裁與偵測外，更管理資料封裝的儲存與重傳， 因此電源線載波區域網路轉發器將兩RS-232使用者之對等 式網路，變換成一超過兩使用者之網路（如RS-485)，且並 不需要使用者購買（更貴卻不普遍)RS-485型之介面。電源 線載波匯流排之資料率可以1〇倍高於傳統限制在 115.2Kbaud之串列埠，使得這類電源線載波匯流排網路能 處理更大於原來RS-232串列埠網路之資料交通。 另一種選擇是，個人電腦(PCs)、印表機及其他電子裝 置可以使用本發明，包括且不限制在視窗95 (Windows 95) 下，透過標準平行並列埠並使用標準介面協定軟體與控制 器，來網連在一起。 在過多的電機/電子設備中激增的嵌入式控制器，透過 也嵌入在設備中之電源線載波區域網路轉發器副系統，可 以有效的網連在控制/維護/保全系統，其中，轉發器經由 設備現存的電力線以及前述之電力分佈系統，網連嵌入式 控制器的串列璋到電源線載波匯流排。發明人已經應用同 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------Q------1T------Φ, (諳先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 3287pif.d〇c/002 A7 B7 五、發明説明（q) · 樣嵌入式電源線載波區域網路轉發器的槪念，到許多型式 的電腦及相關產品、數據機(modem)、工業控制系統及實 用量測設備，本發明使系統所需求之高資料率及完美的通 訊更容易達成。 爲使用RS-485埠之區域網路系統，提供一高速485介 面’其整合有爲轉換資料到相容於電源線載波收發器的速 率及格式之控制器。 . 一種用於乙太網路更複雜之架構規劃出泛用型轉發器 之應用領域，其使用商用乙太網路介面積體電路(1C)，並 爲了服務電源線載波收發器，而組合具有通用高速通訊卑 為微控制器。如此提供了一種透通式電源線載波轉發器， 其連接到工作站之標準乙太網路埠，且不需要增加的軟體 或硬體，並允許多個使用者透過上述現存的電力線存取網 ，路。 變化的組態同樣支援權杖環網路與Arxnet協定，主要是 因爲電源線載波收發器是一種有足夠處理高資料率的元 件’以允許在網路的小型區段中透通式的運作。 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種高資料率之 電源線載波傳送方法與系統，其支援區域網路的資料率需 求。 本發明的目的也是在提供一種作爲電源線載波轉發器 線載波轉發器資料到網路杳料。 ------- ' -------^—---- 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 钉 P. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3287p.if.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（父） · 本發明的再一目的是在提供一種可仲裁電源線載波區 域網路轉發器的方法與系統，用以允許在電源線媒體上， 有效且互斥地存取特定的頻率/頻道。 本發明的一目的是在提供一種電源線載波收發器，其 以直流到超過2Mbps來發送資料，因此能傳送從直流到超 過1MHz頻寬之寬頻類比訊號/資料。 本發明的一目的是在提供一種嵌入式電源線載波網路 轉發器系統，能與設備中的嵌入式控制器做介面，用以將 該設備與自動化、控制及診斷系統網連，並提供平常之網 路服務。 3本發明的更一目的是在提供一種嵌入式電源線載波網 路轉發器系統，具有改進的調變技術，如已知之差頻移位 鍵(DFSK)技術結合頻率移位鍵(FSK)技術，其可提昇資料 狀態變化時解析度的相當改進。 本發明的再更一目的是在提供一種嵌入式電源線載波 網路轉發器系統，具有差頻移位鍵調變技術，集中更多的 能量在載波頻率，並盡量縮小對一預定的資料率之有效頻 寬需求。 · 本發明的再一目的是在提供一種嵌入式電源線載波網 路轉發器系統，其應用改進的射頻與中頻濾波器，來提供 更廣且平之通過頻寬’以在當資料組合改變時，保持系統 資料的真實度。 本發明的另一目的是在提供一種嵌入式電源線載波網 路轉發器系統，其應用加在每一資料位元組結束時之重對 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公董） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（1) 齊位元，以協助接收器重新同步，因此允許增加資料率。 本發明的又另一目的是在提供一種嵌入式電源線載波 網路轉發器系統，其具有改進之載波偵測與確認功能。 本發明的附加一目的是在提供一種改進之調變與解調 技術，如差頻移位鍵調變技術，適用於所有網路媒體或電 子通訊系統，包括射頻與連線之媒體。 本發明附加之目的、進步及新穎之特性會在以下說明 的部份中描述，當審查時有些部份對習知技藝者會明顯易 懂，或可經由本發明而學得知。本發明之目的與進步可以 應用儀器裝置以及組合申請專利範圍依附項所特別指定之 特徵而實現。 本發明上述及其他目的係藉由電子系統達成，下文之 較佳實施例中應用一創新之差頻_移位鍵調變技術，以在數 位電腦工作站經由電源線或電源纏網路通訊 中.，改.__穩<考度〇較佳實施例之系統是設計 成工作在資料率高達每秒2百萬位元下，但如有些許推測改 進以及豁免高雜訊、凸波干擾、溫度與電壓漂移的能力， 則更高的資料率是可能。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖是一種電源線載波區域網路轉發器網路之架構 圖。 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS〉Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（β) 第2圖是一種電源線載波區域網路轉發器之方塊圖。 第3圖是一種區域網路到轉發器之電路總圖。 第3A圖到第3R圖是第3圖之一種區域網路到轉發器之 細部電路分解圖。 第4 Μ是一種電源線戴波轉發器之收發器之電路總 圖。 ι第4Α圖到第4F圖是第4圖之細部電路分解圖。 第5圖是一種用以解調頻率移位鍵載波訊號之標準正 交偵測器(quadrature detector)之電路圖。 第6圖繪示正交偵測器之緩衝放大器5-54的電壓輸出 (V(MUD5-59)，顯示頻率改變之電壓位準變化。. 第7a圖f會示·直流耦合頻率移位鍵（DC-coupled FSK)資 料比較器之電路圖。第7b圖繪示直流耦合頻率移位鍵資料 比較器之理想運作情形。第7c圖繪示當有訊號偏移時，直 流耦合頻率移位鍵資料比較器之運作情形。 第8a，8b及8c圖繪示傳統頻率移位鍵資料器之切割機 8-70的缺點及運作情形。 · /第9a圖繪示本發明之一較佳實施例之差頻移位鍵資料 偵測器，其解決習知之偵測器的限制。第9b圖繪示當正交 偵測器偵測時VQAUD電壓訊號之類型。第9c圖繪示在差頻移 位鍵資料偵測器操作上，資料混合或溫度的效應。第9d圖 繪示更經修改增進之差頻移位鍵解調器。 第10圖繪示差頻移位鍵與頻率移位鍵之頻譜的比較 圖，同時繪示差頻移位鍵比頻率移位鍵所改進的頻寬需 本紙張尺度適用中國國家檩準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 、-w (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
3287pifl A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ~ '~:~ 求。 ’ 第11A及11B圖繪示差頻移位鍵調變的實現，其使用5 個狀態的數位狀態機器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第12圖繪不狀態機器之改進，其資料率是與載波頻率 同步。 第13圖是MC13 158接收器的資料手柚·內接收訊號強度 指示器（RSSI)響應之圖形，其顯示以RSSI訊號爲基礎之 RSSI偵測設計與協定的限制特性。 第HA及第14B圖繪示確認比較器（Ackn〇wiedge Comparator)之電路及其達到的數個改進。 第15圖繪示典型的VQAUD資料與頻率移位鍵確認資料 之波形，其繪出差頻移位鍵如何允許頻率移位鍵之相容使 用，以在網路上產生群體確認的特性。 實施例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下描述一通用型區域網路電源線載波轉發器系統及 方法，其提供（1)一功能強大之區域網路轉發器介面，以轉 換高速網路資料到電源線載波串列資料，以及轉換高速電 源線載波串列資料到網路資料’（2)—高速電源線載波資料 收發器，用以與其他轉發器交換電源線載波資料，以及(3) 一控制系統及方法，用以控制上述介面及上述收發器，以 在複數個轉發器間仲裁電源線載波匯流排上之資料通訊。 在以下的描述中，特別詳細介紹乙太網路轉發器，以一不 平凡的應用，提供對本發明的徹底瞭解。對習知技藝者很 明顯地，這些說明之仔細超過實施本發明所需要，另一種 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董） 3287pif.d〇c/002 3287pif.d〇c/002 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印裝 A7 ______ __B7_ 五、發明説明（丨i) 情形是’並不仔細顯示眾所週知的電路、介面與軟體架構， 以便不必要地模糊了本發明。 首先請參考第1圖，其中複數個工作站藉由上述交流電 力系統及電源線載波轉發器裝置網連在一起。具有對應之 網路卡的工作站1-1，經過,無遮蔽雙絞線(以下簡稱UTP)1_2 到區域網路-電源線載波(以下簡稱LAN-PLC)轉發器1-3,連 接到上述交流電源線1-4.，交流電源線1-4上包括分送交流 電源到不同的家電、設備以及上述工作站（1_1, 1-7，1-10) 與附加之電源線載波區域網路（以下簡稱PLC LAN)匯流 排。資料以適當的格式，從工作站1-1轉發至PLC LAN匯流 排I-4，以使LAN-PLC轉發器1-5能接收該資料，並經由 UTP1-6轉發至工作站丨_7及其對應之網路卡。工作站1_1， 1-7及1-10是由商用軟體操作，該軟體至少要支援使用者對 等式架構，因此允許在網路上任意兩端點間傳輸訊息與檔 案。LAN PLC轉發器允許上述資料在工作站間，透明地，傳 送’亦即’不需要任何附加的努力或在工作站與其作業系 統上特殊的指令/軟體。因此’工作站1_7接收了原由工作 站1-1發出之資料，並再經由UTP1-6、轉發器1_5、交流電 源線1-4、轉發器1_3及UTP1-2，回到1-1，來確認已接收。 當兩工作站對等式網連在一起，其包括網路最小組 態’且不需要複雜的網路仲裁，許多商用網路產品假設新 增的工作站，由1_1〇所示，可接上網路，並尋求與其他工 作站同時存取網路，且要求CSMA/CD。在PLC LAN轉發 器’對電源線載波環境特異之仲裁協定，對工作站/使用者 15 氏張ϋ!適用中國國家標準（CNS ) A视格（21〇Χ297公釐） ' -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 「裝- 訂 3287pif.doc/002 A7 _____B7 __ 五、發明説明（丨>) 需要透通式地服務。 第1圖也繪示匯流排區段，其同時包括傳統式硬體連接 LAN匯流排區段1-12以及PLC XAN區段1-4，並藉由PLC-LAN介面裝置1-11可操作地接在一起。在本例中，LAN匯 流排1-12實體上網連鄰近昀工作站(未繪示)在一起，而PLC 匯流排區段I-4藉由PLC-LAN介面裝置1-1.1，可以實體上網 連不鄰近或移動性的工作站1-1，1-7及1-10到網路上。介面 1-11也是一轉發器，其硬體上與轉發器1-3相似，但可包括 軟體/韌體，用來識別與轉發只有那些目的位址在PLC LAN 區段1-4上之工作站1-1，1-7及1-10的LAN網路封包/資料， 因眦降低在PLC LAN區段1-4上之資料流通負載量。在大網 路中，含有許多工作站、複數個PLC LAN區段1-4，每一個. 操作在其獨自排它的電源線載波頻率，並由其相對應之 PLC-LAN介面裝置1-11來服務，可由本發明的裝置來網連 在一起，其通過頻率領域多工存取或其他如碼分割多工存 取之多工存取技術，來分享交流電源分配匯流排。 經濟部中夹標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 還是請參考第1圖，其他不是工作站之通訊裝置，也可 由工作站1-1，1-7及1-10來表示，例如，具有通訊埠之嵌入 式微控制器1-1及1-7可通過嵌入式轉發器1-3及1-5,與主辦 該微控制器負責監督/控制設備運作的主機控制器1-10網 連在一起。一種有關之簡單網路通訊及仲裁協定可由該主 機轉發器1-8來管理，這樣的協定已經在如讀取實用測量表 與工業控制系統上開發出。 第2圖是LAN PLC轉發器1-3的方塊圖。LAN連接1-2到 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐> " ' —~； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 A7 __; _B7_ 五、發明説明（#) · 轉發器1-3是由RJ-45連接器2-1來做到，其由連接2-2及隔離 器2-3可操作地連接到網路介面積體電路（IC)2-5不同之傳 輸與接收埠2-4。通用且多供給廠商之網路介面控制器 (Network .Interface Controller簡稱NIC)2-5(其資料文件可 以在國家半導體National Semiconductor的區域網路手冊中 找到，在此作爲參考），其普遍地用到最複雜的區域網路， 且包括硬體暫存器、連接與邏輯/韌體，以傳送和接收高位 元率之LAN訊號，該等訊號具有標準前序（preambles)、封 裝長度以及CSMA/CD碰撞仲裁。一足夠大小之標準隨機存 取記憶體（RAM)經由記憶體位址及資料匯流排可運作地連 接剷NIC2-5，以儲存進來與出去的資料封包：（1)由LAN連 接1-2接收之進來封包，並等待由微控制器（μ(：)2-9再傳輸(2) 由微控制器2-9接收之出去封包，並等待由LAN連接2-1傳 回網路1-2或工作站1-1之網路卡。轉發器係由微控制器2-9 控制，其經由控制、資料及位址線2-8可運作地連接到 NIC2-5 ’以允許微控制器2-9設定與控制NIC2-5，並轉換資 料封包雙向性地進/出封包緩衝器2-6。此外，微控制器2-9 -同時具有並列與串列通訊璋，用以和接線及/或PLC介面通 訊LAN資料。有些商用微控制器，如intei 83C152 (8031的 分支，資料單可在Intel 8位元嵌入式微控制器手冊中找 到，一倂做參考）包含高速整體串列通道(簡稱GSC)2-10， 其能以合理的成本，與CSMA/CD協定暫存器及軔體，來轉 換0.1-10MbpS之串列資料，其使高速PLC收發器（2-11到2-17或第4圖）之資料輸出入容易做到，其可運作地連接到整 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ' --- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明uo 體串列通道2-10。從進來封包緩衝器2-6來之傳送資料 TXD ’在推動傳送器2-12之調變器2-11內調變射頻載波， 而傳送器2-12經由濾波器2_13與射頻耦和器2-14,可運作地 連接到電源線匯流排1-4。傳送器2-12只有在傳送時由傳送 致能TXE來打開，因此降低了等待期間在交流電源線上之 射頻運輸量。資料接收器2-16經由濾波器2-15與射頻耦和 器2_14，可運作地連接到交流匯流排1-4。從其他相似的轉 發器送來，並經由電源線1-4搭載之資料調變射頻訊號，由 接收器2_16接收，再由高速比較器2-17緩衝，並轉換成RXD 到整體串列埠接收器2-10，在那裡微控制器2-9過濾前序中 的纖別碼(ID)/位址，並仲裁資料是否要傳輸到LAN介面。 唯一的ID碼或轉發器位址既可以小設定開關（dipswitch)手 動地輸入，亦或是由網路管理軟體在自動或使用者控制 下，自動地設定。例如，手動輸入ID碼開關2-22經由線2-21，可運作地連接到微控制器2-9的一埠，且可用來在前序 中唯一識別位址及安全位元組，及/或決定仲裁退回延遲時 間，等。在特製品或特殊用途積體電路(ASIC)中，也可使 用工廠已燒錄之ID碼。 第2圖也繪示PLC轉發器之LAN與資料來源的另一種選 擇’微控制器2-9提供一標準串列通訊埠2-20，其連接到串 列埠介面2-19及連接器2-1 8，架構轉發器1 _彡成爲一RS232D LAN轉發器.，其中PLC資料收發器操作在相當高的資料率 (比RS232D之115.2Kbaud) ’以免除交流電源線的負擔。（在 這另一種選擇中，如果沒有使用的網路介面控制器及相關 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-
、1T 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（^ ) 的元件則可以移除。）在某些網路架構中，並列埠介面元件 可以可運作地連接在取代串列元件2-18及2-19的位置，再 連到微控制器2-9的並列埠上。另一種選擇，GSC埠2-10可 以經由如LTC490之一種如2-19的介面，可運作地連接到一 RS-485 LAN，而微控制器串列埠2-20之TXD與RXD線可以 可運作地連接到PLC收發器之TXD與RXD輸出入2-11與2-17。在最簡單的實施例中，TXD與RXD線2-20可以可運作 地連接到TXD與RXD線2-10，提供一種不需要微控制器的 轉發器；如果LAN的應用需要，PLC傳送器2-12及接收器 2-16已可同步操作在不同的載波頻率，以提供全雙工串列 操。另一種選擇，在沒有微控制器系統中之傳送器，只 有在資料傳送時才致能，以允許PLC LAN在單一頻率下運 作。 第3圖顯示LAN介面與10Mbps到1Mbps轉換器的詳細 工作電路圖。J1 2-1是接到工作站之LAN線/卡的RJ-45連接 器。U3 2-3是對乙太網路10Mbps線的隔離器/濾波器。U1 2·5是NIC晶片，National DP83902A，完整的規格可在國家 半導體的區域網路手冊中找到，已經一倂參考，其中並包 含有關乙太網路IEEE 802.3標準之可輕易理解文件。數種 網路介面控制器可從不同供應商獲得，其可用於乙太網路 以及其他普遍之網路標準，例如Arcnet與權杖環（Token Ring)網路，其可以取代乙太網路NIC 2-5，可運作地連接 到微控制器U6 2-9以及相對應之連接器2-1到2-4。還是請參 考第3圖，8K位元組之隨機存取記憶體(簡稱RAM)包裝緩衝 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' '' ( 信 裝 .—訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3287pif-d〇c/〇〇2 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（丨Ί ) 器U5 2-6，經由位址閂鎖U7 3-27，可運作地連接到NIC 2-5之記億體位址及資料璋。緩衝器2-6之大小因網路資料的 容量、系統運作以及運算限制，故可以放大或縮小，轉發 器之微控制器U6 2-9經由閂鎖器U13, U14 3-25 &3-26以及 可程式陣列邏輯(PAL) U1〗3-28，可運作地與NIC U12-5做 介面，在此附錄B附上時序圖及PAL 3-28的邏輯圖。其他附 加的功能包括2〇MHz時脈3_29，10MHz除法器3-30以及狀 態指示器D1，D2及D3。當展現出一個可能的實施例，熟悉 此藝者應會感謝，在不背離本發明的方法下，以其他方式 或簡化來實現本發明。 請再參照第3圖’爲了達到發展目的，微控制器2-9可 包含有罩幕式ROM韌體，或可操作連接至外部EPROM U9 3-9。虛擬碼列表如下所述： LAN PLC轉發器虛擬碼流程 重設電源 依序啓動 ‘啓始化微控制器，並以曼徹斯特編碼之CSMA/CD設定通 訊暫存器。選擇一 16位兀CRC ’並將前文設定成8位元。將 串列速率設定成1.25Mbps’ 啓始化微控制器 GMOD暫存器 選擇曼徹斯特編碼 選擇 CSMA/CD 致能CRC,選擇16位元CRC 20 本紙張尺度適用中國國家標準.（CNS ) A4規格（210'〆29?公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ,裝· 訂 ο 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 __B7 五、發明説明（P) 設定前文成8位元 波特（Baud)暫存器 設定串列速率爲1.25Mbps 抑制所有中斷訊號 致能接收器 , 設定傳送狀態暫存器爲正常操作 設定位址罩幕暫存器爲不在乎(don’t care)狀態 啓始化SLOTTM(時序間隙暫存器)爲2 μ s ‘啓始化NIC，將8Κ緩衝器分成兩個傳送緩衝器與20256位 元龃頁，其中20256位元組頁係做爲接收環。一段時間處理 一位元組的資料，且一段時間FIFO至接收緩衝環出現8位 元組。經由傳送器添加CRC。接收器退回錯誤封包。接收 所有確認封包’
啓始化NIC 設定8K傳送器/接收器環(xmit/rcvr)緩衝器 設定兩個傳送緩衝器各爲1536位元組 設定維持5 120位元組做爲接收器緩衝環 設定NIC暫存器： 資料架構暫存器 位元組寬DMA傳送 正常操作 FIFO設定爲8位元組 傳送架構暫存器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 32S7pif.doc/002 32S7pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（丨1) 經由傳送器添加CRC 正常操作 正常退回 接收架構暫存器 退回接收錯誤之封包 退回少於64位元組之封包 接收傳播封包 接收所有封包(雜訊模式） 緩衝封包至記憶體 1数控制器接收程式維持目前NIC傳送緩衝器之循軌’然後 載入緩衝器之資料當做微控制器接收FIFO之接收’ 接收程式：（微控制器程式用以從微控制器傳送資料至NIC) 選擇自由NIC傳送緩衝器 若(IF)NIC傳送緩衝器係爲滿溢，則(THEN) 拋棄接收器並回到傳送器 檢查接收FIFO做爲微控制器之非空置(Not Empty ; NE)旗標 從接收FIFO讀取位元組 檢查微控制器之接收FIFO NE旗標 若FIFO係爲空置，則確認位元組(非碰撞封包位元組） 若傳送未決定，則 退回至重新啓動 否則（ELSE)回到接收程式： 否則回到讀取程式(確認資料封包） 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 0¾ 、-B (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
32S7pif.doc/002 32S7pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___—_B7 五、發明説明（) 讀取程式：寫入位元組至NIC傳送緩衝器 讀取FIFO NE旗標 若主張NE旗標，則回到讀取程式 否則寫入最後資料至VIC傳送RAM (封包已被讀取且被寫入至NIC). 檢查接收器是否有接收錯誤 若沒有錯誤，則 指令NIC至傳送封包 否則拋棄封包 回到傳送狀態 ‘微控制器傳送程式檢查其全部串列通道(GSC)做爲一非忙 碌狀態。若GSC係爲非忙碌，則微控制器從NIC中讀取封包 資料，並且載入TX FIFO’ 傳送程式：（用以使微控制器從NIC中抓取資料） 若NIC接收到一確認封包，則 若全部串列通道(GSC)係爲非忙碌，則 將指標指向接收封包 從NIC讀取2位元組 儲存第一位元組(指標指向之下一接收封包) 從NIC讀取2位元組 儲存這些位元組之確認位元組總數 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. -訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明Ul ) 迴圏（LOOP) 等待TX FIFO爲非滿溢(NF旗標） 從NIC讀取1位元組 寫入1位元組至微控制器TX FIFO '減少位元組總數 當位元組總數爲0時，結束迴圈(ENDLOOP) 否則回到接收程式 附加程式適用於ACPLC匯流排碰撞迴避與存取仲裁。 上述方法要求每一轉發器（具資料傳送）需存取一特定頻率 或AC LAN匯流排之通道（1)聽取匯流排溝通，並偵測一第 三隊傳達,(2)在傳送一短暫存取要求之前，等待一最小値20 # s加上隨機附加時間（增加5/z s)，(3)隨著存取要求，接收器 聽15M s，並偵測其他載波，轉發微控制器開始做資料傳 送。手動輸入ID碼開關2-22除了可被使用在提供每一轉發 器一獨有1C碼/位址外，也可提供一退回或等待時間。 .控制器2-9之通用介面性能，其並列及串列埠提供電腦 嵌進PLC轉發器及已連接AC電源系統之埋入控制器裝備的 性能’藉以網連裝備與其他相類似之裝置，且使用者可簡 單地連接AC電源。經由利用存在埋入控制器及其串列埠當 作轉發控制器，或僅將其接口於相容之嵌進PLC收發器， 可因此降低上述系統的尺寸大小及其花費成本。埋入控制 器會要求附加適當網路仲裁及控制軟體/韌體。因此，應用 本發明之設計狀態及製造技術，可縮小轉發器系統之尺寸 24 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） US- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ： 3287pif.d〇c/002 A7 B7 五、發明説明（θ ) 及降低成本，進而吸引市場水平。 請參照第4圖，其繪示的是一可提供DC至2Mbps資料速 率之多用途PLC資料傳送器及接收器的電路圖’其不要求 曼徹斯特或其他編碼。寬頻帶資料或類比訊號可以最初型 式來傳送。收發器之寶料介面包括四條資料線：一傳送資 料輸入線GTXD，一傳送致能輸入線TXE ’ 一接收資料輸出 線GRXD，以及一載波偵測輸出線CARDETO。上述資料線 相當於其對應微控制器2-9之全部串列通道（GSC)2-l〇。 GTXD資料電位耦接變容二極管D7，D7耦接振盪器2-11之 低阻抗璋之頻率限定元件與C22 ’振盪器2-U之電晶體 Q3,4-33構成主動元件。改變越過D7之反轉電壓，將會造成 對應D7接面電容之反轉取代，透過L3改變震盪限定之共鳴 頻率，使C18與電容器C19至C24相結合。驅動振盪器2-11 之低阻抗埠於Q3 4-33之集電器，以縮小Q3 4-33細微偏壓 之差DC電位移的反碰撞，其中DC移位相當於差動資料耦 跨電容器C19與C22。Q3之輸出驅動一級D輸出階段2-12， 以有效率地透過濾波器2-13及RF耦合器2-14驅動電源線。 傳送器之幾個階段從AC線電容與載入轉變，驅動緩衝振盪 器2-11。可使用一級傳送器輸出來降低調波，但其具低效 率。傳送致能TXE電路4-34透過D6連接Q3 4-33之基底，藉 以關閉振盪器2-11。電路4-34可被配置當作一反相器（用以 從控制器操作），或當作一可重設單穩多諧震盪器（當資料 呈現於資料輸出時，用以僅致能傳送器）。 第4圖也繪示出一資料接收器2_16，其耦接RF耦合器 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------裝— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（θ) 2-14與濾波器2-15至AC電源匯流排。濾波器2-15僅選擇預 期頻率，並配合AC線之阻抗連接至接收器之輸出腳位1。 接攸器2-16係一高執行之超外差接收式設計，包括區域振 盪器、混頻器、2階IF增益/濾波與限制器之正交偵測器， 其提供了超過90dB之RF增益，且DC至2Mbps之資料回應 (Philips SA636版本）。接收器2-16區域振盪器用以支援（1) 晶體(2)LC振盪器或(3)外部振盪器/合成器。合成器允許L0 頻率之控制器2-9選擇做爲FDMA及頻率跳動輪廓。接收器 2-16具有一資料輸出與一適當場力指標（Field Strength Indicator; FSI)輸出，其可經由局速比較器4-35與4-36例如 LM319或LM360而緩衝。必須注意的是，類比緩衝器可連 接至接收器2-16之解調訊號輸出(腳位9)，以做爲寬頻類比 之還原或合成類比/數位訊號。FSI CARDET輸出支援轉發 控制器2-9之RF載波偵測輸入做爲AC匯流排仲裁° CARDET與GRXD緩衝比較器之輸出，可在AND架構下相裒 連接。接收器2-16是可選擇性地使用多種接收器與傅送 器，並且可同時使用於轉發器來增加資料率，增加通道或 網連AC電源線LAN區段。傳送器與接收器完全能夠摔# LAN，其結合適當碰撞迴避與仲裁，並提供了許多應用之 適當RF LAN區段。 必須注意的是，此處可使用適當規格之商業元件做_ 元件規格。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其姐 非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者爲準。 26 _------------ 本紙垠尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 00 ----------裝------tr------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本買) 32S7pif.d〇c/002 32S7pif.d〇c/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（洋） 在此提出另一較佳實施例之PLC收發器，其可在增加系 統可靠度時，使資料率能獲得顯著改善。本發明使用與先 前描述FSK不同之調變技術，其中偵測動作係經由類比比 較IDC臨界調整來完成’其係有關於—種類比解調FSK資 料波形。先前描述FSK調變技術所產生之波形，其係在高 資料率下呈現斜坡/半正弦波特徵（替代低資料率產生之理 想DC平方波）。本實施例如下所描述，係使用一差頻移位 鍵（Differential Frequency Shift Key ; DFSK)結合FSK調變 技術。DFSK產生陡峭資料邊緣，用以觸發資料偵測器及附 加允許該資料邊緣之AC耦合，並改善資料解調之速度，以 及增加資料可靠度-較少依系統溫度係數而定，當縮小要求 效率頻寬並經由集中更多能量圍繞載波頻率，以做爲一固 定資料率。 本實施例之收發器更包括有許多改良：當維持可靠度 於改變資料組成時，改良RF與IF濾波器以提供寬與扁平通 過頻帶，資料之對齊位元輸入提供裝置，以允許接收器興 每一來臨位元組重新同步，改善載波偵測與接收完成言只 號，以及一改良控制器。 ° 這些改良使得資料率被大大地提昇，且錯誤率越$ PLC介面，並從先前速度1〇〇〜35〇KbpS升至1〜3Mbps。以卞 將利用DFSK調變技術，對習知特徵與本發明之目前最隹_ 式來討論描述習知調變電路。 第5圖是一種用以解調頻率移位(FSK)鍵載波訊號$ ^ 準正交偵測器的電路圖。接收器IF區段之IF限制輸 27 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、π 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 A 7 B7 五、發明説明（4) ' 51(例如第4圖所繪視之U1 2-16腳位11)正確驅動正交偵測 器5_5〇 (係爲傳統類比吉伯（Gilbert)胞多工器）之第—輸入 5_65。上述IF限制器也會鬆散地驅動，透過一小値、高阻 抗電容器C1 5-55，正交槽(tank)電路是由—電感器l 5_56、 一電容器C 5-57及一電阻尽5_58所組成。爲了避免掩蓋正交 槽電路之傳送功能’一般電容器C1 5-55具有一小電容値例 如5pF。L 5_56、C 5-57與R 5_58之傳統値是依載波頻率而 定。舉例來說：對一 10.7MHZ系統而言，L 5-56—般爲1.5 //H ’ C 5-57—般爲 139pF ’ 以及R 5-58 —般爲2.2ΚΩ ;若 對一2〇]^112系統而言’：15-56 — 般爲1.5//11，€5-57 —般爲 39pF，以及R 5-58 —般爲4.7ΚΩ。正交槽電路驅動正交偵 測器5 -5 〇之第二輸入5 -5 2。正交偵測器5 - 5 0係爲一多工器， 其產生一輸出電位QuadOut 5_53亦即兩正弦波輸入訊號。 此QuadOut 5-53之雙頻輸出元件會經由偵測緩衝放大器5_ 54濾波及放大，並依傳送器5-51之IF頻率接收與經由L 5-56 與C 5-57之正交槽共鳴頻率間，維持相差元之 量値變化，如第6圖所繪示。經由二極體D1 5-61與D2 5-62， VREF5-66之電壓會被維持在一介於VQUAD 5-59FSK 1與0準 位間。比較器/資料切割機5-60輸出一非連續邏輯準位之資 料5-64。透過VQUAD5-59定義或補償每一資料位元邊緣，以 確定資料切割機5-60的品質。事實上，一完整調變品質與 解調系統的確立，係經由如何正確的將資料從資料傳送器 傳送至資料接收器。習知資料切割機存在有兩個非常顯著 的問題，並對本發明有深遠的影響：（UVquad 5-59之電壓 28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
3287pif.doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（i ) 移位的感測度’以及(2)高資料率與資料組合之感測度，將 揭露於下述中之說明與圖示。 第6圖繪示出卩训心5_59，正交偵測緩衝放大器5-54之 輸出，以及在400KHz範圍內之IF頻率的線性變化。此種類 型之解調器的主要特徵，在於其乂叫^ 5-59是一與頻率相關 之DC準位訊號’換句話說，一 -200KHZ之IF訊號fQ產生一 +400MV之VQUAD 5-59訊號，一 +200KHZ之IF訊號f〇產生一 -400mV之VQUAD 5-59訊號，以做爲低至中間之資料率。比 較器5-60之參考電壓VREF 5-66，會被維持在對應虛擬中心 頻率之一電壓，其中f。介於^與匕間。第6圖也顯示乂叫^移 位當作DC補償正交偵測傳送特質VREF之f。。除了溫度係數 與正交線圏L 5-56與電容器C 5.-57之機械震動移位，Vquad '移位的發生，係經由溫度係數總數與傳送器之長期間頻率 移位以及接收域震盪器。因爲¥(?1^1>在40〇111¥範圍內，故正 交偵測器5-50之溫度係數移位，緩衝器5-54及比較器5-6G 係爲次要的。 如第7a圖所繪示，習知DC耦合資料切割機較少感測資 料組合，但其較感測VQUAD移位。如第8a圖所繪示，第二習 知資料切割機電路能追蹤溫度係數及移位變化做爲低資料 率，但無法做爲高資料率或混合資料組合。 在高資料率時，VQUAD緩衝器5_54之迴轉率結合時間領 域以回應限制，使得Π7濾波器之頻寬產生較低振幅Vquad 輸出訊號，如第7b所示。一低資料率3-位元長（0 0 0)之Vquad 訊號，相對於一高資料率位元VQUAD訊號(〇 1 〇)。tl至t3係 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) "β © 3287pif.doc/〇〇2 3287pif.doc/〇〇2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3) 爲一訊號高資料率位元時期，1;1至〇係爲一 3-位元長Vquad 訊5虎時期。在局貧料率時，t2與t4之VqUAD峰（peak)放大， 很明顯地低於t4(以及110)之3_位元長Vquad訊號峰。Vquad 峰電壓之資料組合變化，明顯足夠阻擾第5圖之VREF偏壓電 路操作’但並非如第7a圖，其繪示習知DC耦合資料比較器 之固定參考電壓（vREF)，其中周定參考電壓（Vref)係由R1 7- 67與R2 7-66來設定。ri 7_67與r2 7_66—般設定爲1K Ω °但是當第7a圖之DC耦合比較器能夠從高資料率或第7b 隱之混資料組合VQUAD 7-68訊號切割時，此時明顯地看出， 當遇到溫度係數與訊號移位時，資料邊緣與位元寬同樣困 難。第7c圖繪示VQUAD 7-68移位於資料7-69訊號之反面影 響。當1位元之寬度擴張時，從tl至t3整個截短〇位元之寬 度。 第8a〜8c圖繪示FSK資料切割機8-70的缺點及運作情 形，其具有經由二極體D1 8-73與D2 8-74以及保存電容器 Chol(i 8-75所提供之軌跡參考電壓VREF 8-71。在FSK Vquad 8- 72訊號之正峰與負峰期間，D1 8-73與D2 8-74變成正向偏 壓，並確定Ch(3id 8-75會被充電至小於二極體正向電壓降（大 約400mV)之FSK 乂叫心電壓峰値。因此，若調整緩衝器5-54之增益至提供一 800mV峰-峰VQUAD訊號至D1 8-73與D2 8_74 ’ Ch〇id 8-75將會被D1 8-73與D2 8-74充電。在一些低資 料率交替位元循環至一中間値Vref之後，其中中間値VREF 介於〇-軌及VQUAD 8-72之1-軌間，從VQUAD 8-72提供資料之 適當比較器8-70”切割”，如第8b圖所繪示。然而’如第8c 30 C Θ -----------裝------1T------终 f請先閲讀背面之注意事項再填'寫本頁j 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2X) 圖所繪示，當使用低放大高資料率訊號(VQuad 8-72之峰放 大減小至低於D1 8-73與D2 8-74之正向電壓降)時’或當l’s 或〇’s之長字串（long strings)出現在資料時’切割機Vref 8-71開始移位至理想中心電壓，並造成對應資料邊緣及寬度 扭曲如第8c圖所示。在t2:t9之高資料率位元的寬度，很明 顯地已被扭曲。當t9至tl3之l’s字串可被重新調整VrEF時’， tl2之其他移位因子例如二級體D2 8-74漏電流或比較器8_ 7〇輸入偏壓電流，開始改變Ch()ld 8-75之電荷及VREF8-71之 移位。 第9a圖繪示本發明之一較佳實施例之DFSK資料偵測 器9-77，其解決習知之偵測器的限制。比較器之輸入端9-78 與 9-79 經由 R1 9-80 與 R2 9-81 透過 R3 9r82 與 R4 9-83 至如 第9b所繪示之乂咖9-88與¥(?_ 9-84 DFSK訊號加同等DC 電壓’ VQUAD 9-84 DFSK訊號透過電容器C3 9-86 AC稱接反 向比較器9-85之輸入端(V-QUAD 9-78)。C2 9-87從比較器9-85輸入端9-78與9-79之AC訊號，通過VREF9-88至R3 9-82與 R4 9_83，以分流或濾波V·9·88。其中’ R3 9_82 (從DFSK V_quad 9-78gJi號）’以及透過R4 9-83(從VREF9-19非反向比 較器9-85之輸入）。 第9b圖繪示當正交偵測器偵測時DFSK VQAUI^^號之類 型。差頻訊號係以頻率縮短爲特徵，以代表資料下降邊緣 (或高準位至低準位之改變）。”差頻移位鍵”之發生’係因爲 DFSK 乂^⑽資料看似導函數，或如第6,7,8圖所描述之FSK 資料之相差。DFSK調變技術如第11圖所述。第9b圖代表反 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____；___B7 _ 五、發明説明（Θ) 向輸入（V-Q_ 9-78)訊號，非反向輸入v+REF 9-79(虛線部 分）’以及第9a圖之資料切割比較器9_85的資料輸入。反向 輸入訊號V-QUAD 9-78包括一 DC元件與一 AC元件，其中DC 元件相當於Vref9-88 ’而AC元件相當於VQAUD’s DFSK元 件。因此，在⑴時，載波頻率爲f。，VQUAD 9-84在其中間準 位’以及V-QUAD9-78在VREF9-88，而其DC準位係由R3 9-82 所提供。在tl至t4時，DFSK下降資料邊緣訊號被偵測做爲 VQUAD 9-84之正向脈衝，且透過C3 9-86至V-QUAD 9-78傳送。 同時，t〇2V+REF 9-79比VREF9-88來的正向，以做爲遲滯電 阻RH 9-89、R4 9-83與比較器9-85之邏輯準位1資料輸入電 壓之電壓分離作用。審慎地選擇Rh 9-89與R4 9-S3提供充足 遲滯，以允許部分Vquad 9-84峰訊號準位之雜訊降低或爲 200mV(此時V-QUAD 9-78之峰値約爲400 mV)。因此’當V-QUAD 9-78訊號於t2上升至V+REF()時’比較器9-85之輸出狀態' 撥動至邏輯〇，以對應V+REF 9-79至V+REF之改變。當負向進 行情況V-QUAD 9-78電壓（1準位資料邊緣）開始進行DFSK傳 送時，t4之V-QUAD9_78會回到VREF9-88直到t5爲止。在t6時， V-QUAD9-78下降至V+REF1電壓’比較器9_85之資料輸出會再 次從〇撥動至1邏輯準位，以對應V+REF 9-79至V+REF()之改 變，其中比較器之參考輸入會等待直到下一0準位11至14型 式之V-quad9-78訊號被偵測爲止。 因爲DFSK訊號定義每一資料變化邊緣，故不會有溫度 移位或資料組合元件阻饒到比較器9 _ 8 5的D AT A輸出9 ~ 9〇，如第9c圖所繪示。選擇長到足夠通過DFSK VqUAD脈衝 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4W ( 210X297公兼) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. -訂 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 ^ ____B7_^_ 五、發明説明（％) 至比較器9-85(V-QUAD9-78)之反向輸入之C3 9-86與R3 9-82 之時間常數，但其短於存在於VQUAD 9-84之退回短界限DC 移位，以做爲資料組合變化，並且從上述封包之最初接收 呈現之雜訊，快速地調整短暫DC變化。時間常數値（r =R3 9-S2XC3 9-86)大約爲5从s，以做爲百萬位元範圍之資料 率。比較器電路之遲滯(係由RH 9-89與R4 9-83所提供)提供 相同雜訊退回特徵做爲一般FSK，並且即時電路（instant circuit)可以是400mV，全部做爲一800mV峰-峰VQUAD 9-84 訊號。（傳統上，當訊號準位爲數百毫伏特時，比較器之輸 入補償移位低於毫伏特準位)典型地，本發明目前最佳模式 之C3 9-86爲470pF ; C2 9-97爲0.1"F ; R1 9-80爲 1ΚΩ ; R2 9-87爲 1ΚΩ ; R3 9-82爲 10ΚΩ ; R4 9-83爲33ΚΩ ;以及 RH 9-89爲470ΚΩ。 一附加修正之DFSK解調方案，可在DFSK峰之時間位 置，且其實際中間振幅變化與相位衰減特徵趨於較穩定 時，提供解調資料脈衝之峰値偵測。第9d圖繪示的是峰値 偵測器的電路圖。峰値偵測器包括兩組類比電壓比較器9-91,9-92,9-93及9-94，一組比較器（9-93及9-94)偵測解調資 料訊號(透過C3 9-95與R3 9-96)之峰値準位，另一組比較器 (9-91與9-92)經由區分解調訊號（透過C5 9-97與R5 9-98) 偵測峰値零斜率(zero-slope)。當選擇C5 9-97與R5 9-98之 時間常數（r =68PF X 1Κ Ω =68nS),短於對應之原始資料波形 Vquad時，C3 9-95與们9-96之時間常數會被選擇長於資料 時間常數（r =470pFXl0KQ=4.7#s)。用於比較器之偏壓 33 尺度適用中國標準（CNS ) A4規格（210X297公釐1 ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（”） 及參考準位’係由 R1 9-99，R2 9-100,R6 9-101，R7 9_1()2，R8 9-103及R9 9-104所提供，用以提供高峰與低峰偵測參考電 壓DU 9-105與DL 9-106做爲AC耦合資料VD，以允許比較 器9-93與9-94執行峰値偵測。R6 9-101與R7 9-102提供ZU 9-1〇7及ZL 9-1〇8高輿低參考値，以做爲比較器9_91與9_92 之零斜率偵測。比較器之開集極輸出需求上拉式電阻(R11 9-109，1112 9-110與1113 9-111)，並以線1^01^>^(1-：^011)架 構連接，比較器9-91與9-92提供一 1輸出做爲零斜率訊號。 峰値與零斜率輸出經由NAND閘9-112及9-113邏輯和 (logically ANDed)，以提供對應解調資料訊號之正向及負 向嫜値之觸發脈衝。當負向峰値脈衝觸發RS正屄器之”1” 狀態時，正向峰値脈衝將會觸發RS正反器之”〇”狀態包括 NAND閘9-114及9-115。本發明之元件的目前最佳模式包括 以下數値：C5 9-97爲68pF ; C2 9-116爲0·1 // F ; C3 9-95爲 470pF ; R1 9-99爲 1ΚΩ ; R2 9-1.00爲 1ΚΩ ; R3 9-96爲 10Κ Ω ; R5 9-98爲 1ΚΩ ; R6 9-101 爲8.2Ω ; R7 9-102爲8.2.Ω ; 尺8 9-103爲750;119 9-104爲75〇;11119-1〇9爲470〇;1〇2 9-110爲1ΚΩ ;以及R13 9-111爲1ΚΩ。必須注意的是’數 位訊號處理硬體與韌體可提供多種如上所述之解調與資料 偵測功能，但卻需使用高成本之DSP晶片及A/D轉換器介 面。 一 第10圖繪示DFSK與FSK之頻譜的比較圖’同時繪示 DFSK比FSK所改進的頻寬需求。低資料率（如第1〇a®所糸音 示）之FSK用以經由兩頻率分配’Γ與，〇,之資料位元，產生— 34 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 3287pif.doc/002 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（3') 固定移位或偏差，上述偏差係經由解調器傳送功能或曲線 (如第10圖之4與匕所示)所限定。FSK傳送功率會在介於兩 頻率間被平分（l’s與O’s之等平均資料）。當側頻（sidebands) 之量値下降數個dB時，高資料率(第10b圖）FSK會從載波中 心f。，經由資料頻率（即lMbps=500Khz)呈現出側頻空間。 相反地，低資料率（第l〇c圖）DFSK只會在需求與資料率同 樣多，且大部分功率位於載波頻率中心4時發生。高資料 率(第10d圖）DFSK呈現與FSK相同寬度之側頻，但側頻之量 値比FSK之10dB多時會被壓抑，並要求較少傳送側頻之濾 波及透過接收濾波器之較佳傳播。 s載波之DFSK調變易於在5-態類比狀態機器中.實現，（經 由一4xfJ寺脈驅動）如第Ua圖所繪示，因爲（1)僅需產生或 同步一載波/時脈頻率(相對於兩FSK)以及(2)使用資料之上 升與下降邊緣以跳過或添加一狀態至狀態機器中，藉以分 別產生一高或低差頻移位。若是正常未調變載波fe(5〇/5〇工 作週期），用做爲載波循環之狀態順序爲1,2,3,4，狀態1及2 用以產生一高準位，而狀態3及4用以產生一低準位。下降 資料邊緣’〇’會造成狀態機器增加一介於狀態2與3間之第 五狀態2’，使其順序變爲1，2,2’,3,4,以造成對應下降邊緣’0’ 之低差頻移位。同樣地，上升資料邊緣使得狀態機器跳 過狀態’2’，而產生順序1,3,4，以造成對應上升邊緣T之高 差頻移位。因此，DFSK狀態機器及有效調變技術具有3個 象徵：（1)資料之上升邊緣,(2)資料之下降邊緣，以及(3)無任 何資料邊緣或狀態改變，此外我們可從其他調變技術 35 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS〉Μ規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) U3· 3287pif.doc/002 A7 _ B7 五、發明説明（») (?8〖，(^8〖,？8〖，(^8〖等）中來辨別出〇?810例如其他調變 技術具有2或4個或更多(偶數個）象徵，但絕不會是3個。此 處必須注意的是’ 5-態數位狀態機器使用更多狀態以允許 設定，同步及資料與載波之時序。此外，在此範例中，資 料邏輯狀態之分配爲高或低差頻移位，可以在不需改變本 發明之內容下予以反轉。 另一種狀態機器修正如第lib圖所繪示，其在經由選擇 每位元載波週期之一預設値η，以維持載波頻率固定時，允 許交錯資料率之選擇。一可經由η計數器預設分界，可被增 加至狀態機器中，以提供一資料時脈，其中資料時脈是一 載波頻率之可預設約數。因此，一6ΜΗζ載波會提供位元率 以對應下述 n : 1200kbps,n=5 ; 600kbps,η=10 ; 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 300kbps,η=20 ;以及150kbps,η=40。經由系統控制器允許位 元率之協議，而無須改變載波頻率之位元率選擇，適用於 網路上之各種裝置型式，以做爲供給改變電源線傳播特 徵。舉例而言，當一普通價格之印表機節點可被操作於 l2〇OkbPs及個別寬頻濾波器，且具有與其控制器之協議設 計時，一最低成本之光開關節點可被實現於150kbps單期率 波與無資料率協議下。經由啓始化網路之操作在150kbps， 做爲上述印表機及開關之η會在n=40時起動，但不久裝置型 式及節點位址會轉播做爲一印表機節點，位元率會從n=40 至n=20向上協議，直到n=5或直到位元錯誤率變成無法接收 爲止，以做爲那時期電源線媒介之狀況，於是上述ri及對應 資料率會被退回至一接收選擇。 36 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4规格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 3287pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（分） · DSFK調變器的附加優點’狀態機器可經由—資料控制 器來配置及架構’以產生特殊DFSK特徵做爲控制或壓縮目 的。舉例而言，當兩個局差頻移位依序代表—串〇、時，兩 個低差頻移位可被依序執行以代表一串1 ’ s。上述特徵是 FSK所沒有的。狀態機器無論其狀態之增加或跳過，並無 限制在其機敏。解調資料切割機會要求一些附加比較器及 邏輯/電路系統，以成功偵測類似極性之DFSK脈衝。 載波產生及調變狀態機器之附加修正，包括增加狀態 數以允許多種DFSK技術。舉例而言，經由2個雙倍狀態數， 次分離最初5個狀態成爲10個半狀態（對應雙倍時脈頻率至 8 X fj ’並且允許經由跳過或增加1個或2個半狀態，增加象 徵數。必須對應修正接收解調器，以偵測回應1個及2個半 狀態象徵之差異。對標準DFSK支正常移位來說，只要1個 半狀態移位產生2個半狀態移位之半差頻移位，則正交偵測 器會產生半放大之脈衝以做爲1個半狀態移位或2個半狀態 移位。 載波產生及調變狀態機器之附加修正，包括調變實現 方法，在高位元率之較一貫定義資料邊緣，其修正不是預 先處理就是追加至資料象徵（a)單一全移位或（b)l或2個半 狀態移位，以預先補償正交偵測器之類比資料輸出波形， 做爲每一資料位元順序/組合之較精確資料切割。 基本上，在PLC的應用上，具有許多與其他電子通訊系 統相類似之應用，包括但不限制在RF、電線、電話線及其 類似物。此外，當DFSK之討論包含有一工作站電腦裝置 37 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 「裝. -訂 A7 B7 3287pif.doc/002 五、發明説明（0") . 時，本技術可適用之，且被認定在本專利範圍內，包括具 有通訊性能之任何其他電子裝置，但不限制在控制器、個 人電腦、傳真機、印表機以及電話系統。 第12圖繪示資料位元時序準確實現之改進，其資料率 是與載波頻率f。及時脈同步。第12圖顯示等長或等率之兩 資料位元，XMIT DATA及XMIT DATA’，其相位移與 CARRIER調變器有關。XMIT DATA下降邊緣X〇(以及χ〇，) 與上升邊緣XI相稱於設定視窗(低狀態），以做爲調變器狀 態機器，當XMIT DATA之上升邊緣XI’遺漏調變器狀態機 器之設定視窗，延遲上升邊緣1至Γ之調變執行，而執行下 一CARRIER週期，並在上升邊緣RCVR DATA R1對R1，， 產生一對應時間延遲/移位。1個載波週期之接收資料位元 寬度變化，會在本發明之高資料率下產生顯著的資料錯 誤，當習知系統資料率至少有一低量値的情形時，無法觀 察到此錯誤來源。必須特別注意的是，資料之上升及下降 邊緣感測資料同步於載波調變器，位元寬資料錯誤之變化 尤其是會經由資料率而惡化，但其無關於一偶數載波週期 之載波頻率。因此，資料率及相位之同步及載波調變器， 會消去調變載波之同步粒狀/顫動，並致能高資料率。 另一改進之處係爲增加偵測/接收每一位元組之位元的 可靠度，藉以在每一位元組之末端提供一重新對齊位元。 重新對齊位元會重新同步於接收器之非連續取樣時脈與每 一進入資料位元組，防止時脈時序在傳送器資料時脈與非 連續（接收器）時脈間扭曲，以允許低成本時脈參考。上述 38 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .刻·
、1T 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 紹免部中呔^卑而：^-'1消於合竹"印來 A7 B7 五、發明説明（· 與其他封包傳達方案例如乙太網路顯著不同，其係使用 20.00000MHZ(lPpm)精確時脈，來做爲追蹤一 1500位元組 長之封包。當重新對齊位元改進至與RS-232之啓動及停止 位元構思類似時，其與rS_232之顯著不同之處在於（1)極性 父替位兀組之最後資料位元，以便從最後位兀辨別其邊 緣’以及(2)僅需求每一位元組之一重新對齊位元，有效地 降低全部資料率通過量至少11%(對RS-232而言爲25%)。當 仍允許使用低成本時脈參考/結晶時，此改進之處允許可靠 資料在高資料率傳送，且超過11%的達成率，如同增加最 大封包大小~樣。 第13圖是MC13158接收器的資料手冊內RSSI響應之圖 形’其顯示以RSSI訊號爲基礎之RSSI偵測設計與協定的限 制特性。在網路連同RF載波傳送中，每一節點具有一傳送 器與一接收器，其操作係由網路（附屬伺服器等）之基本協 定所限定。對資料傳送而言，當個別節點同時要傳送資料 時’只有一台傳送器被允許在媒介中活動。當沒有傳送動 作時’每一節點之接收器係爲主動（active)，並且會依據先 前是否有一有效傳送在媒介上，產生有效資料或寄生雜 訊。先前網路仲裁協定使用載波之存在或缺乏當作接收器 RSSI電路偵測，以確定（1)接收器之資料輸出係爲有效或寄 生，或(2)媒介已由其他傳送所淸除，以允許一節點之傳送 器存取至媒介上。RSSI電路之響應時間限制了系統協定之 響應，如第13圖所繪示。響應時間超過4/^s做爲上升時間 tr(載波存在），響應時間超過25# s做爲明顯訊號之下降時 39 ('請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適扣中囤國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pjf.d〇c/002 A7 —| 1 11 ' . ――··B7 五、發明説明㈠Ί ) : ' 間、(載波缺乏）’改變降到6# s做爲衰減訊號。當RSS][訊號 被使用於仲裁傳送時，只要位元組織長度在2Mbps爲4# s ’則介於上升與下降次數以及下降時間之較長長度(超過6 個資料位元組）間之六次變化，創造頻寬耗損協定延遲以做 爲傳送/接收與中斷空間運作。
此外’有兩個關於媒介之刺探準位的其他問題，且特 別是有關於電源線：（1)媒介雜訊脈衝觸發僞造RSSI訊號與 虛僞仲裁嘗試’以及(2)從一環境改變成另一環境之訊號_ 雜訊比及其在同一天之不同時間，當忽略虛僞觸發時，RSSI 比較器電路調整其參考維持感測正常衰減訊號係爲困難 的。 爲了克服RSSI技術與電路限制並改善電源線網路仲裁 的可靠度’本發明之較佳實施例避免一起使用RSSI訊號， 而倚靠（1)明確資料前文之確認測試做爲適當訊號_雜訊 比’以及（2)稱爲 FSK ACK(Frequency Shift Key Acknowledgment)之特殊調變象徵用以允許多個節點經由 網路主控器，同時確認（響應）群輪詢(p〇Us)。假如訊號_雜 訊比係爲至少12dB，一良好位元錯誤率造成有效封包前文 之偵測以及啓始位元組，封包長度位元組，單獨節點位址， 資料裝載與CRC，以同時確認精確封包之接收。區別前文 及啓始位元組會被選擇，以允許適當比較邏輯從電源線雜 訊來區分前文。舉例而言，經由一 31H(亦即 10101010101010001)產生一可接收單獨組合來從雜訊中區 別起始碼，藉以傳送一串交替個體與零位(AAH)。封包長 40 本紙張尺度^不ΪΪ家標準（CNS ) A4規格ϋ〇Χ297公 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣.
、1T 3287pif. doc/002 A7 _______B7_ _ 五、發明説明（访） ’ 度位元組也會提供封包長度之可靠預期與封包終止，經由 其他網路節點與最小中斷空間，用以仲裁下一傳送。同樣 地’特殊FSK ACK封包之描述如第15圖所示，允許區別面 對正常資料如同電源線雜訊。 有關於特殊FSKACK象徵之偵測，第14a圖繪示達到的 數個進步，可經由大體上增加IF頻率來達成：（1)調變器線 性頻率範圍係爲雙倍（doubled)，強烈性地減少感測AC耦合 DFSK資料比較器之溫度係數與機械調頻移位；（2)經由設 定鄰近解調器輸出’軌’’rail’之對應比較器參考，FSK ACK 訊號偵測是較強韌的，其中FSKACK訊號偵測也是從DFSK 載波與雜訊所附加；以及（3)IF濾波器用以平滑通頻帶與急 劇沿著少數高價元件之邊緣。延伸正交解調器傳送功能(IF 頻率對VQUAD電壓輸出）之線性範圍，並且從傳送器到接收 器，允許一較寬範圍之溫度係數/機械移位與部分容差。同 時延伸解調軌之頻率範圍及FSKACK頻率範圍，其被審慎 地放置於接近軌道或其上，從DFSK載波提供一FSK ACK 頻率之較強韌偏差，以幫助區別載波範圍之面對雜訊。因 爲軌道傾向做爲一限制器於VQUAD，其響應於FSK ACK頻 率，故DC耦合比較器(FSK資料切割機)可被使用，允許FSK ACK比較器參考放置在鄰近滿足容限軌道之線性範圍，以 容納溫度係數移位及雜訊，如第14b圖所繪示。另一理由， FSK比較器運作做爲FSK ACK偵測，FSK ACK訊號之資料 率被設計的比DFSK資料還要低。放置IF於一高頻率中，也 可提供IF濾波器實際設計時許多優點，以維持較寬與平滑 41 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適州中國國家標準f CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pif-doc/002 A7 B7 五、發明説明（巧） 通頻（以及做爲抵制外部頻帶干擾之急劇邊緣）之經濟商業 元件。 第15圖繪示DFSK如何允許FSK之相容使用，以在網路 之附屬裝置之狀態要求上，產生群體確認的特性。在tl至 t3之正常DFSK運作下，如圖繪示之封包末端對應DFSK DATA。在t3至t4期間，主控器之載波下降，媒介之雜訊準 位引起假DATA，因爲尙未遇到起始封包要求做爲一資料封 包，也還未遇到FSK ACK要求做爲一ACK封包，故接收資 料控制器會退回假DATA當作無效資料。但是在t4時，FSK ACK封包開始使用未調變DFSK載波當作一位元組(t4至t5) 之頻率fQ，第二FSK ACK頻率當作幾個位元組(t5至t6)之頻 率6。從t6至t7，ACK封包回到f〇以做爲位元組長度，隨著 載波傳送的終止，資料與ACK訊號偵測在t8至til之媒介的 雜訊準位。ACK封包不需要未對齊位元。經由減少ACK協 定之資料率（從位元至位元組或至網路之最低位元率），至 少有兩個等強度之傳送可同時被偵測到，當網路群之幾個 遠端裝置同時響應一群輪詢時，將會發生上述情形。頻率 必須在l〇KHz內，其對於一 5MHZ載波是一合理的 0.2%(2000PPM)。商業用晶體可利用50ppm容差於低成本。 必須注意的是，FSK ACK象徵與協定之審慎使用，避免不 大可能之RSSI訊號之使用做爲如上所述之群ACKs。 因爲FSK的因素，ACK訊號允許區別面對正常資料如同 媒介雜訊，此項優點允許一FSK ACK封包被使用、修正或 不改變，以做爲其他訊號應用在網路或控制系統上。舉例 42 本紙張尺度適扣中國國家標率（CNS ) Α4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經-¾:‘部中^«.sr/.J,-;l--r消贽 As 竹.ίι印架 3287pif.doc/002 A7 B7 五、發明説明（叫） · 而言，在主控器/附屬器網路中，當一附屬節點要求主控器 之服務時’FSKACK會提供一中斷訊號，以降低輪詢頻率。 附屬節點本身位址可被追加至拖曳於F S K A C K封包上之 DFSK端，以降低輪詢運作。或是在一顯露系統中，FSK ACM 可被使用於通知其他使用者，其專注於播出媒介或通過表 徵。改變FSK ACM封包之FSK部分的長度，可提供控制器 或確認資料至其他網路裝置。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ，1Τ 經浐部中""•^Λ,·^-1"费合竹彩印纪 度適用中國國家檩準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 3287pif.doc/002 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種用以在轉發器間傳送與接收網路資料之區域網 路轉發器系統，該系統包括複數個轉發器，每一該轉發器 包括： 1第一介面，連接該轉發器至一AC電源線； 一收發器，電性連接一耦合器，該收發器用以從該耦 —.— 1 合器接收資料，其中該收發f更包括： .一資魁頻變器，用以轉換數位資料成爲類比資料； /一傳瑋器，用以從該資料調變器接收該類比資料，並 爲|該電源線傳送準備該類比資料； :一傳送濾波_器，用以從該傳送器接收該類比資料，並 濾/波該結果類比訊號至該電源線傳送上； ^ 一接收濾波f:用以從該電源線接收一類比訊號； 一接收器，用以從該接收濾波器接收該濾波類比訊 號i，並解調與數位化該類比訊號，其中該解調組成頻率移 位:鍵(FSK)與差頻移位鍵(DFSK)技術；以及 一^料緩麗邏，用以從該接收器接收該數位資料； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 、一控制器，電性連接該收發器，用以從該資料緩衝器 接收資料，並傳送資料至該資料調變器，以提供數位控制 至該收發器中；以及 一第二介面，電性連接該控制器，用以傳送數位資料 至一電腦。 2. 如申請專利範圍第1項所述之區域網路轉發器系統， 其中該收發器包括二步器，.用以經由該接收器同 步資料接收。 ' 44 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 3287pif.doc/002 3β C8 D8 六、申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第1項所述之區域網路轉發器系統， 其中該收發器更包括一 DFSK資料偵測器。 4. 如申請專利範圍第述之區域網路轉發器系統， 其中該收發器更包括一確認訊號，係從一FSK載波訊號所 創造出。 5·如申請專利範圍第1項所述之區域網路轉發器系統， 其中該收發器_更包括一 DFSK邊緣偵測器。 6. 如申請專利範圍第1項所述之區域網路轉發器系統， 其中該收發器更包括一 DFSK峰値偵測器。 7. 如申請專利範圍第1項所述之區域網路轉發器系統， 其中該控制器更包括一串行器/解串行器，用以串行及解串 行該資料如同插入重新對齊位元與CRC邏輯。 8. —種用以在轉發器間傳送與接收網路資料之區域網 --- 路轉發器系統，該系統包括複數個轉發器，包括： 一第一裝置，耦合於一區域網路與一AC電源線間，用 以傳送與接收資料； 一第二裝置，用以調變網路資料之一傳送載波，以及 解調一傳送載波成還原網路資料，該第二裝置包括一第五 裝置，博以執行差頻移位鍵調變； 一第三霞置，用以提供雜訊免除至該傳送資料；以及 一第四裝置，.用以提供該傳送資料之同步。 9. 如申請專利範圍第8項所述之區域網路轉發器系統， 更包括一孩級器【其中該控制器包括一狀態機器，該狀態 機器允許一寬範圍資料率之選擇，無須載波頻率之修正。 45 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂· Ρ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 3287Pif.doc/002
    中請專利範圍 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 —種用以在轉發器間傳送與接收網路資料之區域網 轉發器系統，該系統包括複數個轉發器，每一該轉發器 包括： < ........—一 、〜第一裝-匱’耦合於一區域網路介面至一區域電腦網 各或網路區段，用以傳送—兩方向網路資料串，該資料串 具有〜每秒約2百萬位元之位元率，以及一大約等於該位元 率之資料頻寬； 、〜第二裝雪，用以頻率移位鍵調變該網路資料串之一 傳=戰/皮’以及解調該頻率移位鍵調變傳送載波成還原網 T資料；，該第二裝置包括—接收器晶片，其利用至少一階 &之增益與濾波’以及該第二裝置提供至少約90分貝之增 益； ^第三.裝置.，耦合介於該網路介面及該載被調變與解 調裝®之兩方向網路資料；以及 〜第四裝—置，耦合該傳送載波至一AC電源線.，用以產 β | 〜％源線載波訊號，該電源線載波訊號具有約在 2~2()1VIHz間之一頻率範圍。 如申請專利範圍第10項所述之區域網路轉發器系 統’.其中該區域網路介面包括一網路介面，該網路介面可 /· / f ....... . · . 、_ * / ' * * 從以卞選擇： &太網路介面控制器裝置； _徵環網路介面控铺器裝置； 電弧網路介面控制器裝置； RS-232介面控制器裝置； 46 令'.娜从遇用中國國家標準（CNS ) A4· ( 210X297公釐） (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) ，11 • ! - I- -I 3287pif.doc/002 . ____ D8 ______ 六、申請專利範圍 · RS-485網路介面控制器裝置； ' 串列資料’開放標準介面；以及 ’ 並列資料介面。 12_如申請專利範圍第1〇項所述之區域網路轉發器系 .統’其中該傳送載波調變與解調裝置更包括複數個傳送裝 置，該傳璋寒眞可從以下選擇： 時間領域_多存取裝谭.，其中該載波資料調變與傳送交 替於載波資料解調與資料接收，該調變與解調載波操作在 相同頻率；以及 . 頻率麗撰多荏_取裝置i.其中該載波資料調變與傳送利 用一第一載波頻率，該載波資料解調與接收利用一第二載 波頻率。 - 13. 如申請專利範圍第10項所述之區域暇路_藶發器系 統’更包括複數個轉發控制器裝置用以執行控制功能，該 轉發控制器裝置可從以下選擇： 啓始化及控制該網路介面裝置，被要求允許透過循環 的網路資料遍及該AC電源線； 經濟部中央標準局J工消費合作社印製 (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 監視該資料調變載波及仲裁資料傳送，以允許在一段 期間只有一台轉發器能傳送一特別頻率之載波至該AC電 源線上；以及 附加及移去資料前文與位址，重組資料’資料加密碼 及解密碼，以及提供交替資料通訊璋。. 14. —镡蹲發器系統，用以透過一AC電源線傳送高頻電 腦資料訊號’該系統包括複數個齊發器’每一該轉發器包 47 本紙張尺度適财關家鮮（㈣〉' 3287pif.doc/002 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 . 括： 複數個第一裝置，耦合複數個輸入訊號及複數個輸出 訊號至一訊號埠； —。複數個載彳皮調變裝置，用以頻率移位鍵調變該些輸入 訊號之^傳送載波’以產生一調變訊號，該調變訊號具有 一每秒約2百萬位元之位元率，以及一大約等於該位元率之 資料頻寬； ^數解調裝置’用以解調該調變訊號以還原該些輸 =訊號，該些調變裝置更包括複數個裝置用以經由—震盪 器改變共鳴頻率產生，以對應經由驅動該震盪器之一輸出 填之一輸入訊號； 口亥些解調裝置更包括複數個垄置用以提供至少构9〇分 貝_之增益； 複數辉：第二.裝置^，耦合介於該訊號埠’及該載波調變 與該些解調裝置之兩方向訊號；以及 二赛三考置，，耦合該傳送載波至該AC電源線，用以產 生一電源線載波訊號，該電源線載波訊號…具有約在 2-20MHZ間之一頻率範圍。 I5.—種電源線載波資料傳送的方法，包括下列步驟： 產生二載波訊g，該載波訊號之一頻率範圍約在 2〜2〇MHz之間； 頻率迻位簸農組.號， 該調變載波訊號具有一每秒約2百萬位元之位元率，以及一 大約等於該位元率之資料頻寬，該調變載波訊號具有一瞬 48 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） ---------0------1T-------線 © (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 ' 間頻寬，該瞬間頻寬大體上不會大於約兩倍該資料頻寬或 該頻率移位鍵調變之頻率偏差；以及 耦合該頻率移位鍵調變載波訊號於該AC電源線上。 16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括下匈步 驟： ' 耦合該調變載波訊號離開該AC電源線；以及 …. ____. ........... - 解調該載波訊號。_ 17. 如申請專利範圍第15項所述客方法，其中該調變步 驟包括調變該載波訊號以對應一數位資料訊號。^ 1S.如申請專利範圍第I5項哲述之方法，其中該調變步 +驟包括調變該載波訊號以對應一類比資料訊號。 19. 如申請專利範圍第15項所述g方法，其中該調變步 驟包括緩衝多階傳送器裝置。 20. 如申請專利範圍第16項所述之方法,，其中該解調步 驟包括濾波該載波訊號一段時期。 21·如申請專利範圍第I5項歷歷之方法，更包括碰撞迴 避步驟： 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先間讀背面之注意事項再填寫本斧) 、1T' 線Q- 聽取該AC電源線上之運輸量；以及 選擇介於（a)在偵測一傳送端點後，傳送一存取要求， 以及(b)在偵測無其他運輸量後，開始資料傳送。 22. —種埋入PLC通訊舉g包括複數個網路通訊裝置， 每一該通訊裝置包括：. ..... -· · 一埋入式微控制器有一通訊埠； 複數個載波調變裝置，用以從該通訊埠，頻率移位鍵 49 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 3287pif.doc/002 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ' 調變資料訊號之一傳送載波，以產生一調變載波，該調變 載波具有一每秒約2百萬位元之位元率，以及一大約等於該 位元率之資料頻寬，該調變載波具有一瞬間頻寬，該瞬間 頻寬大體上不會大於約兩倍該資料頻寬或該頻率移位鍵調 變之頻率偏差；以及. 一接收器，包括一解調器，該解調器用以解調該調變 載波以還原對應資料訊號，該接收器包括至少一中間頻率 增益及濾波階段，利用約在2〜20MHz間之一中間頻率範 圍，並提供至少約90分貝之一接收增益； 一第一裝置，耦合介於該通訊埠與該些載波調變裝置 間之該些資料訊號；以及 一第二裝置，耦合該調變載波至一 AC電源線。 23. 如申請專利範圍第22項所述之系統，_.更包括網路仲 裁與控制裝置。 24. 如申請專利範圍第22項所述之系統，其中該第二裝 置包括一存在AC電源線。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線Q- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 50 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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