HCPL-8100/0810電力線驅動器在窄帶通信中的應用(圖)

---采用交流市電作為傳輸媒介的窄帶通信系統對當前的寬帶通信技術是一個有效補充。傳送視頻影像、高保真音樂和互聯網數據等要求使用寬帶網絡，而窄帶電力線網絡則適合家庭和工業領域中的簡單應用。家庭領域中的應用包括自動抄表、照明控制、采暖、通風和空調(hvac)控制、設備和警報系統遙控。在工業環境中，其應用主要是遠程控制、從傳感器中檢索數據及路燈管理。

---盡管各種形式的電力線承載的通信系統已經出現了幾十年，但家庭和商業市場的發展速度一直沒有達到預期水平，造成這種情況的原因包括國際規范/標準發展慢、電力網絡本身具有技術限制和成本/經濟考慮因素。
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為成功實現電力線通信這樣的開放式通信系統，必需制定規則和標準，以保證每個節點都不會損壞整個網絡的功能和性能，而不管其采用何種應用或來自哪家制造商。幸運的是，形勢已經改觀。在2001年，cenelec(歐洲電子技術標準化委員會)出版和更新了與低壓電力網絡通信有關的en50065系列法規，特別是en50065-1涵蓋了與頻段和干擾限制有關的重要要求，en50065-2-1概括了抗噪聲能力要求，en50065-4-2概括了低壓解耦濾波器和安全要求，en50065-7則描述了設備的阻抗特點。x10、konnex 1.0和ehs(歐洲家庭系統)等專用協議也已經發展，但它們代表著某些設備的專用標準，對其他制造商沒有約束力。
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低阻抗與高電噪聲是普通的家庭配電網絡中的難題，它要求保證通信網絡的每個器件(從耦合接口到使用的電力線收發機類型)相匹配，在任何條件下實現可靠通信。圖1顯示了與配電網絡有關的噪聲問題。在電噪聲高的情況下，收到的信號信噪比明顯下降。
---電力線網絡的成本不僅僅是元器件和制造成本，還包括安裝和配置成本，另外還有與通信節點耗電量有關的運營成本。每個通信節點的功耗必須盡可能低，因為這些節點一直開著，隨時準備從遠程發射機接收命令。
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安捷倫hcpl-8100/0810高電流線路驅動器功耗低、簡單，并符合cenelec國際協議和標準，使電力線通信網絡變得更加高效可靠。安捷倫還提供hcpl-800j daa(數據存取裝置)芯片，為電力線調制解調器模擬前端(afe)提供了替代方案。

采用電力線作為通信媒介
---電力線傳輸媒介由與電力線相連的所有設備組成，包括家居配線電纜、家電布線、家電本身、操作面板和把操作面板連接到變壓器上的接入電纜(火線、零線和地線)及變壓器本身。由于變壓器通常為一個以上的家庭服務，還必須考慮連接同一個變壓器的所有家庭的負荷和布線。

電力線阻抗
 ---電力線阻抗受到多個因素影響，變化很大。研究數據表明，家庭交流市電的阻抗隨著頻率提高而提高，在100khz時最低可以在1.5～8ω之間。emi濾波器(除正常負荷外)似乎對阻抗的影響最大，這些emi濾波器由安全電容器和扼流圈組成，廣泛用于家用設備中，如電腦、冰箱、洗衣機、電視和音響。對這些負荷，在150khz時預計信號衰減將高達50db，具體數值取決于所使用的變壓器和負荷大小。

---電力線載波系統在信號電壓/功率電平一定時的發送范圍取決于配線網絡的物理配置。對連接到同一個分支電路上的通信節點，典型的插入損耗約為5～15db。如果發送機和接收機位于不同的電路分支中，如使用配線架分開，那么會有大約10～20db的進一步衰減。在最壞情況條件下，發送信號的總衰減可以高達85db。

en50065規范/標準接受兩種仿真市電網絡，其符合cispr 16-1:1993第11.2款測量標準。但是，在實際電力線網絡上進行的測量結果表明，這些仿真網絡沒有精確地表示實際電力線網絡中的阻抗。為更好地評估實際信令系統的性能，必須與cispr 16-1仿真網絡一起使用自適應網絡。

電力線噪聲
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連接到電力線承載系統的變壓器二級裝置上的設備會生成不同程度的線路噪聲。噪聲源包括燈光亮度調節器中使用的三端雙向可控硅開關元件、馬達、開關電源和熒光燈。三端雙向可控硅開關生成的噪聲與50hz的市電同步，表現為50hz的諧波。來自交流馬達的噪聲一般是異步的，不像三端雙向可控硅開關生成的噪聲那么強。
---自20世紀70年代開始，在電力線中廣泛引入了兩種新的噪聲源：熒光燈電子鎮流器和開關電源。在許多情況下，它們都有自己的工作頻率，或產生3～148.5khz的諧波，在電力線通信頻段范圍內會導致雜散信號的產生。

采用hcpl-8100/0810及通信調制解調器

 ---安捷倫hcpl-8100/0810是一種高電流線路驅動器，適用于在低壓(120/240vac)和中壓(2kv)接入市電上實現電力線通信，其主要功能是為電力線收發機提供足夠的驅動能力。除線路驅動器功能外，hcpl-8100/0810具有許多內置功能，如電壓不足檢測、負荷檢測、溫度過高檢測和狀態輸出。圖2是hcpl-8100/0810簡化的方框圖。
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hcpl-8100/0810可以用來把發送的信號從電力線調制解調器(plm)收發機直接耦合到電力線中，而不需通過信號變壓器或光學隔離器，圖3說明了怎樣實現非隔離信號耦合。
---hcpl-8100/0810可以在3.5vpp時為9～450khz的信號頻率提供高達1app的電流。耦合使用簡單的lc網絡完成，lc網絡濾掉市電頻率(50hz和諧波)，為來自收發機的載波信號提供調諧的傳輸頻帶。
---通過采用發送濾波器獲得正弦曲線載波輸入，設備的線路驅動輸出可以實現en50065國際規范/標準要求的非常低的諧波失真(對第二個諧波及更高的諧波，應好于-60dbμvrms)電力線信號。
---hcpl-8100/0810還可以與隔離信號耦合接口一起使用。盡管hcpl-8100/0810線路驅動器在全負荷時3.5vpp的線路驅動器輸出電壓對大多數電力線通信已經足夠了，但某些應用如自動抄表(amr)要求更高的載波信號電壓。en50065-1規范的class-122允許對95～148.5khz之間的載頻，在電力線市電上實現高達7vpp的信號電壓。
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圖4所示的耦合接口把電力線收發機的差分輸出通過雙hcpl-8100/0810線路驅動器和信號變壓器連接到交流市電上，帶有通過信號變壓器的單端輸出，為發送的信號提供高效的7vpp驅動電路，為低頻交流市電電壓(240vac、50hz或120vac、60hz)、噪聲和噪聲突發和浪涌提供可靠的濾波系統。由于能夠降低發送信號的偶次諧波，推薦使用這種差分解決方案。
---對只提供單端發射機輸出的收發機，建議采用圖5中的電路。該電路提供了一種簡單的方法，可以使驅動電壓翻一番(提高6db)，而不會通過串聯兩個線路驅動器而損害電流驅動能力。對低于70khz的載頻，cenelec規范中允許超過7vpp的電力線信號電壓。通過提高信號變壓器t1的線圈比率，可以實現這種信號電平。
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假設最大輸入信號是1.75vpp，第一個線路驅動器(u1)的增益設為3。vout1將是3.5vpp，由于hcpl-8100/0810的反轉效應，u2的vout2輸出也是3.5vpp，但相位與vout1相差180