DSP56F80x在電源線調(diào)制解調(diào)器中的應用

通過電源線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信可避免在已經(jīng)裝修好的建筑中重新架設(shè)線路，從而大幅度地節(jié)約時間和經(jīng)費，具有很大的應用潛力。電源線調(diào)制解調(diào)器即是這種通過電源線或主干線來傳輸或接收數(shù)據(jù)的設(shè)備。目前，這種設(shè)備越來越多地被應用于家用電器之間的通信，也是智能廚房不可缺少的組成部分。實現(xiàn)這種通信功能，家用電器設(shè)備需要一種雙工方式的電源線調(diào)制解調(diào)器，能夠以10Kbit/s的速率傳送和接收數(shù)據(jù)。

圖1所示為一個電源線調(diào)制解調(diào)器原理框圖,輸入信號被耦合到調(diào)制解調(diào)器接收部分，并進行數(shù)據(jù)解碼，并通過一個接口傳遞給應用程序。該應用軟件將數(shù)據(jù)信號返回到調(diào)制解調(diào)器，并在那里編碼調(diào)制，然后，發(fā)射器產(chǎn)生一個放大信號, 耦合進入電源線。

以往實現(xiàn)這種功能時，電源線調(diào)制解調(diào)器既需要一微控制器進行一般控制，又需要專門ASIC電路對信號進行調(diào)制/解調(diào)和發(fā)送/接收。例如，用Powernet EIB在歐洲安裝總線(European Installation Bus）中進行電源線通信時， 所使用的是源自ES2的 MC68HC05 和ASIC，數(shù)據(jù)速度為1200bit/s。但是現(xiàn)在，電源線調(diào)制解調(diào)器中無論是微型控制器還是ASIC都可被數(shù)據(jù)信號處理器(DSP)所代替。

電源線通信方面所需考慮的因素有：

信號易于在電源線耦合輸入、輸出；

通過電源線高效傳輸，通信和電源信號頻率間的持續(xù)分離；

抗干擾噪音；

電磁干擾(EMI)和電磁兼容性 (EMC) 。

遺憾的是，美洲、歐洲和亞洲等不同地區(qū)的電源線通信規(guī)則存在很大差別，到目前為止這些地區(qū)還沒有一個共同的標準可循。例如，歐洲電源線通信的頻帶為3～148.5kHz。95～148.5kHz的頻率范圍對125～140kHz的家用互連應用的調(diào)制頻帶開放，即載波感應多重存取(CMSA）。

用于電源線通信的調(diào)制頻帶必須在最大程度抗干擾噪音信號的同時，滿足所需的數(shù)據(jù)傳輸速率要求。在任何電源線中，噪音干擾源都具有其獨立的特性：主頻多樣化，例如50Hz,100Hz,150Hz等頻率；頻閃或開關(guān)都能產(chǎn)生瞬時高壓；PFCs、馬達和倒相器等能夠產(chǎn)生高頻噪音。

每個調(diào)制帶都具有優(yōu)勢和不足，通常采用的調(diào)制配置包括二相相移鍵控(BPSK），頻移鍵控（FSK），和一些擴展頻譜技術(shù)。

在所有的應用中，調(diào)制配置應該支持終端設(shè)置組網(wǎng)和獨立接入，物理接口應提供從輸送端到電源線以及從電源線到接收端的信號耦合。

高通耦合變壓器是一個可靠的解決辦法，它可以為電源線提供必要的電流隔離。在單相操作中，這個耦合變壓器應并聯(lián)在220V供電線中的相線和零線之間，而在三相電壓中則應并聯(lián)在任意兩相線之間。串聯(lián)耦合變壓器是不可取的，因為這樣會在變壓器中產(chǎn)生大電流，導致變壓器鐵芯磁飽和。圖2為常用耦合器基本示意圖。

電阻R，電容C以及變壓器變比率取決于具體數(shù)據(jù)速率、信號功率和頻率。在95～148.5kHz的頻率范圍內(nèi),耦合信號電壓能夠達到116dBmV，相當于631mV。

摩托羅拉公司的DSP56F80x為電源線調(diào)制解調(diào)器提供了出色的解決方案。DSP56F80x小的形狀因數(shù)、內(nèi)置時鐘發(fā)生器和微控制功能使這種器件非常適合于諸如電燈、閥門和開關(guān)等獨立小型應用。12位的ADC有足夠的信息信號探測分辨率，15位PWM能夠進行清晰的信號傳送 。 片上閃存和強大的計算能力可對由集成SCI傳送到應用程序的數(shù)據(jù)進行編碼和解碼，而且把信號傳送到耦合變壓器只需很小的功耗。

如圖3所示，通過使用DSP56F80x，可將電源線調(diào)制解調(diào)器添加于具體應用。這種電源線調(diào)制解調(diào)器的算法和電機驅(qū)動之間的優(yōu)化組合和交互作用，可以避免電機功率對電源線通信的影響。

通過特殊的參考設(shè)計可以展示將DSP56F80x加入到電源線調(diào)制解調(diào)器所帶來的優(yōu)越性。在參考設(shè)計成功證實功能可行性后，電源線通信軟件可和嵌入式SDK集成在一起。

摩托羅拉公司的DSP除了具有上述應用外，也適合于智能家用電器如聲控家電，數(shù)字電話應答、數(shù)字相機、電動鋤草機等設(shè)備，此外還可應用于家庭安全、燃料管理、引擎管理、伺服驅(qū)動、聲音識別、電信測試、IP電話、因特網(wǎng)和自動控制等領(lǐng)域。■（林）