新一代電力線載波通訊芯片ST7538

電力線載波通訊以電力線路為傳輸通道，具有通道可靠性高、投資少、見效快、與電網建設同步等優點。電力線載波通訊是利用現有交流電源線作為通訊線路，省去了不切實際的鋪線工程。目前智能大廈、智能小區已成為市場熱點。這是一個綜合性的系統工程，包含許多小系統，每家每戶以及每一房間也存在鋪設通訊線路問題，例如消防報警系統、防盜報警系統等。把各報警點集中起來統一處理，采用電力線載波通訊有其無法比擬的優越性。

st7538結構框圖

目前市面上的電力線載波技術分窄帶和寬帶兩大種。st7538作為很有代表性的窄帶通訊芯片在遠程抄表、燈光控制、智能家電等領域已經有了廣泛的應用。

圖1是st7538的結構方框圖，主要由mcu接口、接收通道、發送通道、電源部分和輔助功能等部分組成。

st7538性能特點及通信模型

st7538性能特點包括：

·采用bcd第五代技術

·使用10v單電源

·在接收狀態下功耗只有5ma

·有8個通信頻道、采用bfsk調制模式

·采用16mhz的晶振，內置一個數字內核

·內部集成了ms功率有1w的信號功放

·接收靈敏度很高，在高靈敏度下為500uv

圖2是st7538在應用中的通信模型。其中底層是mac層，st7538和mcu在底層的mac之上承擔一定的功能，分別為協議層、api和應用層。st7538充當一個mcu和電力線之間的中介，它通過串口與mcu進行通信，然后再把信息發送到電力線上。這比以往st公司的芯片有了更高的集成度，只需要一個st7538芯片再加上mcu就可完成除mac層以上的所有功能。功耗也比以前有了較大的改進。

st7538的頻點是根據歐洲的電力線載波標準來選擇的。歐洲的電力線載波標準把電力線載波的頻段控制在3～184.6khz之內。而st7538的頻點處于60～132.5khz的8個頻點上，其中有6個頻點是在60～86.5khz之間，這是屬于歐洲所講的a頻帶，也就是電力供應商所占用的頻段；而95～125khz的頻段是屬于消費類無通信協議的應用；125～140khz是屬于需要通信協議的消費類電子產品應用。在美國，3～500khz的頻段都屬于一般應用，也就是可以用做通用用途。

應用實例

圖3是采用st7538的自動抄表應用框圖。st7538在其中作為數據收發器件，把mcu處理的數據送到電力線上，并把電力線上的命令采集回來反饋給mcu，然后由mcu進行相應的控制，同時mcu還配有紅外接口和lcd數字顯示。

對收發耦合電路要求：輕載時必須有很好的選擇性，也就是q值要高；重載時損耗要小，并且線性度要好，避免線性失真造成的斜波；耦合電路必須與開關電源一起工作。

對三相數據采集器，因為st7538是一個半雙功的器件，并且在指定時間內只能在一項內收發數據，所以要有一個多路開關的設計，來保證數據通路的暢通，并且做到很好的頻率隔離和信道隔離。

電力線載波通信的特點

使用電力線載波通信進行數據傳輸不利的因素，主要有：電力線上的阻抗；電力線上的噪聲；典型的連接損耗；駐波等等。

a 阻抗和頻率的關系：電力線上阻抗變化很大，某些時刻會有很小的阻抗，阻抗大小和頻率關系很大，基本上呈現頻率越高阻抗越高的趨勢。 b 電力線上噪聲情況：電力線上存在白噪聲，而且在某些固定頻點會有一些尖峰。

c 在電力線的標準連接上也有固定的信號衰減，一般在同一個支路上信號衰減會有10-15db，在不同的支路上信號衰減有20~35db，在某些特別惡劣的情況有可能會有50~60db的衰減。

d 駐波效應會在每1/8波長上起作用，相對應的100khz上的波長是375m，150khz的1/8波長是250m。在一些比較重要的應用上應該有一個阻抗適配器來應付長距離的數據傳輸，比如遠程抄表還有路燈控制。

st7538的電力線載波通信實現

a 接收

st7538的接收通道：接收通道輸入范圍在500 vms - 2vms；收發頻點分別是：60khz，66khz，72khz，76khz，82khz, 86khz, 110khz, 132.5khz；4檔波特率分別是：600bit/s，1200bit/s，2400bit/s，4800bit/s；頻偏有兩擋，分別是：0.5和1；芯片內有自動增益補償，在-30db到10db間調整。

信號接收后，通過一個4極點sallen-key濾波，然后經過自動增益控制，進入一個8級點的濾波器，然后通過乘法器與內部的20khz標準信號相乘，得到調制在20khz上的標準信號,然后從這個標準信號解碼出我們需要的信息。

b 發送

st7538的發送通道：芯片內部有一個72頻點的信號源、一個8位的數模轉換器，通過信號源和數模轉換產生信號，再通過信號功放加載到電力線上。芯片可以對輸出的信號幅度進行自動控制。芯片內部還有溫度保護功能，過熱時會停止工作。

對于發送出去的信號有相應的幅度控制，它是一種先恒壓后恒功率的模式。通過外部電阻設定，可以對輸出電流和電壓分別進行選擇。當外部負載較小時，加載到電力線上的信號會在限定的電壓伏值以內；當電力線上的負載較重時，如果輸出電流超過了預制的門坎電頻，那么輸出的電流就會限定在我們指定的值上。

c 輔助功能：

除了收發和數據采集等功能外，st7538還包括一些輔助功能，包括了內置的5v、100ma的低壓降穩壓電源。這個穩壓源還包括一個輸出正常的信號表示引腳。芯片主時鐘是16mhz的，同時能輸出4mhz、8mhz、16mhz時鐘信號，供mcu使用。內置了過零檢測功能，還有一個帶寬為7 mhz的運放，在接收端有一個4極點帶通濾波器，它的輸出可以在片上獲得。

d 數字功能：

與mcu的復位控制功能，內部集成了可編程的看門狗功能，載波檢測功能，在使用的頻點檢測功能，內部控制字的狀態檢測，超時停機功能，數據接收時可設置為數據包模式。
st7538與mcu之間的接口是4線同步串口，波特率可在600bit/s-4800bit/s之間切換。

e 超時條件：

當控制字第7和8位設置為10或01時，如果傳輸時間長于1或3秒，超時條件將成立。這時芯片將鎖定125ms，然后對芯片進行復位。當芯片啟動時，如果rxtx是低，并且有復位信號，那么超時輸出將會持續至少125ms。然后如果rxtx在復位狀態后置高的話，超時輸出將會復位。溫度保護的情況，當芯片內置的信號放大器發生溫度保護時，超時條件并不會鎖定，tout會在溫度降到低于溫度保護的預值時復位。

演示板

st公司為st7538的開發提供了應用演示板，由電源、信號耦合電路與pc機的接口、mcu等部分構成，核心是載波芯片st7538。詳細信息請登陸www.st.com查詢。