SC1128电力线载波扩频通信电路的应用分析

1、SC1128电力线载波扩频通信电路的应用分析        摘要：本文介绍了SC1128电力线载波扩频通信芯片的典型应用，对SC1128在低压电力线上的通信进行了一定的测试和分析，并给出了应用示意图和具体的连接方法。  关键字：扩频通信、电力线载波、集成电路 电力网是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。电力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利于数据传输的特性。SC1128芯片是由北京智源利和公司设计开发的，芯片的设计者充分考虑了电力网阻抗的不确定性、干扰

2、的随机性和信号衰减大等特点，将芯片设计成一个对系统设计工程师来说是一个透明的通信芯片。载频Fc、调制周波数N和数据传输速率D及伪码相干值等，均可由系统设计工程师根据应用的环境不同自由选择确定。这一点目前在国内外通用及专用通信芯片中还属首例。本文根据SC1128芯片的特点，结合其实际需要，设计了一款通信测试板，其目的是验证SC1128芯片在220V电力线上的数据传输能力和相关的技术指标测试。 一、        芯片的功能特点及技术指标 国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波芯片，并制定了电力线

3、载波适用频率范围的标准。目前有针对北美洲地区电网（480V/277V，208V/120Vac）的标准频率范围100KHz-450KHz和针对欧洲地区电网（400V/230Vac）的标准频率范围9KHz-150KHz。各家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采用各种特定专有技术，设计出各自的电力线载波芯片。由于国外电力线载波芯片是针对本地区电网特性和结构设计的，且一般是针对家庭内部自动化的，在我国的使用都难尽人意。目前，有一、两款电力线载波芯片在一定应用领域可勉强使用。我国可使用的电力线载波芯片有以下几种：XR2210/XR2206套片或LM1893 ，SGS-THOMSON公司的ST75

4、36， Intellon公司的 SSCP300，Echelon公司的PLT-22。由北京智源利和公司采用直序扩频技术设计开发的SC1128扩频通信芯片，具有63位伪随机码，该芯片为QFP-44工业级封装,灵敏度达到70µV,这使民用载波抄表实现准实时，抄到率高，符合产品化和用户要求，是载波扩频通信的一次突破。图一为SC1128内部逻辑框图。 图一：  SC1128内部逻辑框图 SC1128芯片采用扩频技术，输入动态范围很高（120db），抗干扰能力强，接收灵敏度达70uV，扩频带宽为59-535KHz,数据传输最大波特率可达5.75Kbps,并可以软件设定，内置看门狗电路、

5、上电复位和电源监测电路。内置时钟电路，为复费率电表及需要时钟的应用系统提供时钟；内置掉电保护存储器，可以在掉电时保护数据。有正弦波输出和方波输出两种形式，正弦波输出具有功率放大作用。下表为SC1128电特性指标： 名称 符号 条  件 (-20TA85) 规范值 单 位 最小 最大 输出高电平 VOH - V - 输出低电平 VOL - - 输入高电平 VIH - 输入低电平 VIL - 输入漏电流 II VI=VDD或GND - A 静态电源电流2 IDDT 电子表工作电流 5 50 输出驱动电流 IDRV SINOUT输出端 5 15 MA 静态电源电流1 IDD VI=VDD或

6、GND， IO10A 3 10 输入电容 CI1) TA =25 - 10 PF 输出电容 CO1) - 10 工作频率 FT 外接晶体 8 36 MHz 表一： SC1128的电特性指标(VDD=5V，TA=工作环境温度) 二DEMO板的组成和连接 本DEMO板的载频Fz为250KHz，周波调制数N为4，最大门限值为8064(建议为2680)。 1   DEMO板的组成 图二：  DEMO板组成框图 DEMO板上有一个电源指示灯和4个状态指示灯。状态指示灯可自行编程定义。 2   DEMO板的连接 图三： DEMO板的连接 三 &#

7、160;      相关的应用计算 在进行产品设计时，可根据实际应用需要，先确定数据速率B和调制周波数C，然后计算出工作频率Fo、晶振频率Fz和载波频率Fc。数据速率B和载波频率Fc具有以下关系： A根据数据速率B计算相应参数： 载波频率：Fc=B×C×L 码片速率：Ms=Fc÷C 工作频率：Fg=Fc×32 晶振频率：Fz =Fg×2 B  载波频率Fc(fz )计算相应参数： 工作频率：Fg=Fc×32 晶振频率：Fz =Fg×2 数据速率：B=Fc÷

8、C÷L C最大相干值的的计算及设置： 最大相干值：Cm=L×C×S，一般取最大值的2030进行设置，在实际使用时可根据现场环境作适当增减。 四、DEMO板的接收和发射特性 1接收信号强度对还原的影响 图四中通道3为近距离耦合线圈接收信号；通道2为远距离耦合线圈接收信号；通道1为接收板二级滤波器输出信号。从测试结果的比较中可以看出，接收回路对信号的要求是非常低的，无论是幅值还是波形。从还原的结果可以看出，接收通道的信号处理能力还是非常强的。 图四：  输入通道信号对比 2输出通道的波形 图五： 输出通道波形图 图五为输出通道的输入和输出波形图，其中：通道1

9、为SC1128第24脚方波输出；通道2为功率放大器输出。 在实际使用中，SC1128第24脚需要接一个1K以上的上拉电阻，上拉电阻可以接到5V或12V上均可(可根据电路构成自行选择)，电压较高时上拉电阻应适当加大，无论接入哪个电源，其最大灌入电流不应超过4mA。上拉电阻的大小还要保证24脚的输出电压幅值能使功率放大器正常工作(建议其峰峰值不低于3.0V)。 五、与单片机的接口                   &#

10、160;               图六：  SC1128与MCU的连接 SC1128第28脚为电路工作主时钟的二分之一的晶振输出(其峰峰值约为4V)，近似正弦波；32脚电压监测端；33脚看门狗输入端，正常工作时应该在768mS内产生一次高低电位变化；34脚看门狗输出端，与33脚配合，正常时输出低电平，否则输出三分之一占空比的复位脉冲；35脚与32脚配合，当电源信号低于监测值时，输出低电平，当高于监测值，则输出高电平；36脚收发控制端，0为接收

11、，1为发射；37脚在发射和接受同步后产生同步脉冲信号，频率随工作主时钟和周波的变化而变化；38脚为输出发送和接收的数据；39脚为设置数据及状态的输入输出端；40脚为同步设置时钟输入端；41脚为片选输入端。数据收发流程如下： 当发射状态时，单片机将SR端（36脚）置高，SC1128芯片发出同步头（37脚），单片机通过TX端（38脚）同步发送数据；当接收状态时，单片机将SR端（36脚）置低，SC1128芯片若接收到数据，则产生同步头，通过TX端（38脚）将数据同步发送到单片机。 六、I/O扩展 目前在电力载波通信系统中，多以单片机为控制芯片。但由于单片机的I/O管脚数目有限，所连接的I/O设备有限

12、。为了尽可能的少占系统资源，为SC1128芯片设计了一种可以与其它的通信方式相同的设备共享同一组总线的连接方法。 当单片机在对SC1128芯片内部RAM进行读写访问时，采用的是一种模拟I2C总线的访问方式。即它也是通过CS(第41脚)、SETCLK(第40脚)和LINE(第39脚)三条线来完成对其内部RAM的读写访问，其中CS作为片选信号使用，其作用等同于I2C总线中的WP信号，SETCLK是串行通信时钟信号，其作用等同于SCL，LINE是串行通信的数据线其作用等同于SDA。但由于SC1128的读写控制更为简单实用，故它在通信时并没有完全按照I2C总线的标准来进行。 由于SC1128读写的特殊

13、性，就给了我们一个即可以方便的使用它，又可以最少占用系统资源的最佳方法。通过以上的介绍大家不难发现，SC1128虽然在读写操作过程和规则方面与标准的I2C总线有着不同，但其所使用的总线的数目和功能是基本相同的，这就意味着我们可以通过一簇总线，分别让单片机与多个使用I2C总线通信的设备与SC1128芯片共同使用同一簇总线（片选，时钟，串行数据），在不同的时间内轮流通信。在这组总线中时钟及数据总线是可以共享的。但是要给每一个设备以单独的片选信号，即每一个设备有一个独立的片选信号，这样在访问不同的设备时先让对应设备的片选信号有效，这时一定要保证其它共享设备的片选信号线无效，以免出现冲突。之后在共享的

14、时钟线上给出对应的设备通信时所需的时钟信号，然后再从数据线上进行地址及数据的读写过程了。采用这种方法就可以充分利用单片机有限的I/O管脚数目来连接尽可能多的外部设备。 图七： 模拟I2C总线的连接方式 本例是采用2051单片机与SC1128芯片和24C02存储芯片，24C02是一个采用I2C总线的动态存储芯片。其中2051与SC1128之间通过CS（SC1128的片选信号P1.1），SETCLK（SC1128的读写时钟信号P1.2），LINE（SC1128的串行通信数据线P1.3）。2051与24C02的通信是通过WP（24C02的片选信号P3.7），SCL（24C02的读写时钟信号P1.2），SDA（24C02的串行通信数据线P1.3）。其中SETCLK与SCL共享P1.2管脚，LINE与SDA共享P1.3。两者的片选信号CS（P1.1）和WP（P1.2）是各自独立，2051不能同时访问SC1128和24C02，只能轮流访问，在访问SC1128时先让CS（P1.1）有效，此时要保证WP无效，之后再在SETCLK（P1.2）上给出SC1128所需的时钟信号，然后再从LINE（P1.3）中读写数据。访问24C02时