配合智能電表趨勢的安森美半導體PLC技術及解決方案

　　當今很多國家都已采用或即將部署智能電表系統，并采用自動遠程集抄方式。目前備受關注的是法國ERDF的Linky電表項目。歐盟最大的電力配電網運營商、法國電力集團(EDF)的子公司——法國電網輸送公司(ERDF)已經啟動了一個涉及總數目3,500萬只電表的項目。從2012年至2017年，該項目將把法國國內的傳統電表統一更換成新型的Linky智能電表。這類智能電表通信采用了擴頻的頻移鍵控(S-FSK)電力線載波(PLC)技術。

　　安森美半導體在電表領域積累了十多年的豐富經驗，為這一重要且快速增長的智能電表市場提供通用及穩定的方案，包括最新推出的PLC調制解調器系統級芯片(SoC)，可廣泛用于智能電表、遠程控制/家居顯示屏(IHD)、太陽能逆變器、智能插座及智能街道照明等應用。

　　安森美半導體的PLC調制解調器技術特點及優勢

　　安森美半導體在電力線載波調制解調器領域擁有10年的在傳統及分體式電表抄表的應用及400多萬片量產驗證經驗。此前先后推出了AMIS-30585和AMIS-49587 PLC S-FSK調制解調器方案，這兩款均支持采用24 MHz時鐘的ARM7TDMi內核，支持的載波速率分別為1,200bps和2,400bps，支持歐洲電工標準化委員會(CENELEC)頻段，分別是A(9--95 kHz)和A，B(9-125kHz)頻段。

　　以AMIS-49587 PLC調制解調器為例，它提供高集成度、符合IEC61334-5-1標準的低功耗PLC方案，用于智能電表系統自動讀表及管理、街道照明控制、智能電力插頭(power plug)和建筑物自動化等應用。AMIS-49587提供集成單芯片方案，幫助簡化設計、降低開發及應用成本，并加速上市進程。它基于ARM7TDMI處理器內核，同時內嵌了物理層和(MAC)層。而大多數競爭方案需要復雜的嵌入式軟件來執行與AMIS-49587相同的功能。它具有自動中繼器(repeater)功能，進一步提高通信可靠性，通信成功率比其它可選及現有方案更高。AMIS49587藉板載低抖動鎖相環(PLL)與交流主電源(mains)信號同步，內嵌的濾波器提供優異的白噪聲(white noise)及窄帶干擾抑制性能。AMIS-49587具備高集成度和內嵌協議處理，設計人員無需涉及PHY和MAC協定傳輸細節問題。這器件能夠幫助節省多達50%的軟件開發耗費，從而加快上市時間，降低總成本。

　　AMIS-49587是一體式方案，支持PLC現場部署要求的3種不同模式：MASTER (集中器)、SLAVE (電表)和SPY (給測試人員的原始數據)。本地微控制器(MCU)至PLC調制解調器進行串行通信，它是半雙工，標準不歸零(NRZ)格式，8個數據位1個停止位，可設定波特率(4,800、9,600、19,200和38,400波特)、3.3 V額定供電電壓(通信引腳電平容限為5 V)。

　　這種PLC調制解調器具有許多優勢。例如，片上實現物理層(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)層，重點在于應用層能在不到一個季度的時間內開發出全套互操作PLC方案，因此方案更安全、上市速度更快。此外，安森美半導體在此領域積累的現場10年、400萬片量產驗證了該方案的可靠性。同時，自動應用可信值/中繼提供了通信可靠性的保證。由于包含16位分辨率的模擬前端，它也具有極優的噪聲免疫性，免受不同類型噪聲影響。

　　這種PLC調制解調器的優勢包括：組網方式靈活，方便維護;采用易用/藉串行接口配置;同時兼容單相和多相;該方案比基于數字信號處理器(DSP)的方案能耗更低。　　

 

　　圖(1)中方案的核心是PLC 調制解調器，AMIS-49587。為了增大發送信號功率Line Driver NCS5650把信號濾波放大后，通過變壓器將S-FSK信號耦合到到電網上。NCS5650的電流驅動能力高達2A，其雙級運放結構只需要幾個阻容器件就可以配置成4階低通濾波器，濾除掉載波頻率以上的高頻諧波，防止其進入配電網。高階濾波器的設置是為了滿足歐盟嚴格的電力線信號注入標準的要求，比如EN 50065。

　　FSK的接收是將變壓器耦合過來的信號經過49587內部運放組成的濾波器進行高通濾波，濾除50Hz信號后，再在內部進行FSK解調，以還原成數字信號。IEC 61334-5-1的系統需要50Hz過零信號同步，49587有過零檢測引腳對50Hz進行檢測。如果系統對隔離有嚴格要求，50Hz檢測信號可以增加光電耦合器進行隔離。