電力線MODEM芯片ST7536

時間：2004-12-07 00:27:00

關(guān)鍵字：電力線 MODEM 芯片 ST

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[導(dǎo)讀]歐洲ST公司的ST7536是一個半雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器芯片。

摘要：歐洲ST公司的ST7536是一個半雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器芯片。它專為低壓電力線傳輸而設(shè)計，較好地克服了低壓電力線載波傳輸中的技術(shù)問題。本文詳細(xì)介紹ST7536的原理及具體應(yīng)用示例。

關(guān)鍵詞：低壓電力線 MODEM ST7536 電力線接口

隨著國家電力公司“一戶一表、抄表到戶”用電管理模式的推廣和普及，利用220V低壓電力線傳輸信息的載波集抄系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)運而生。這樣電力載波技術(shù)成為抄表系統(tǒng)的關(guān)鍵。當(dāng)前國內(nèi)主要應(yīng)用的是FSK電力線載波調(diào)制技術(shù)。

　　低壓電力線是為傳輸50Hz的工頻電能而鋪設(shè)的。由于不是為通信鋪設(shè)的，故其特性往往較難直接滿足載波通信的要求。這直接體現(xiàn)在兩方面：第一、電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減，制約了信號的傳輸距離；第二、低壓電力線上的噪音干擾，制約了信號的傳輸質(zhì)量。

由于在低壓電力線上存在諸多使載波信號的信噪比急劇下降的因素，使得載波信號難以在一個供電區(qū)域內(nèi)較好地傳輸，這樣就須選取合適的低壓電力線MODEM。在應(yīng)用中，我們選擇了歐洲ST公司的電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片ST7536。

一、ST7536芯片介紹

　　ST7536是一種半雙工、同步的FSK MODEM。它專為低壓電力線網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計。用ST7536構(gòu)造一個完整的通信系統(tǒng)，還必須包括1個微控制器（單片機）和1個電力線接口，如圖1所示。這樣的系統(tǒng)能夠在4個不同的信道上以2種不同的數(shù)據(jù)傳輸率（600和1200bps）進(jìn)行發(fā)送和接收。

　　ST7536是單芯片MODEM，有28個引腳；它是半雙工的，有發(fā)送和接收兩種工作模式；它又是同步的，因為數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收與時鐘信號有關(guān)。時鐘信號由ST7536內(nèi)部產(chǎn)生。ST7536芯片還需要一些外部元件來完成所有操作：1個晶振，4個電阻和5個電容。

1.ST7536芯片引腳

ST7536芯片引腳如圖2所示。

2.ST7536芯片引腳說明

ST7536芯片引腳說明如表1所列。

表1

引腳	名稱	類型	說明
1	Rx/Tx	數(shù)字	發(fā)送或接收模式選擇輸入
2	RESET	數(shù)字	邏輯復(fù)位和電源關(guān)閉模式輸入。低有效
3	TEST4	數(shù)字	測試輸入，選擇發(fā)送頻段濾波器。高有效
4	TEST3	數(shù)字	測試輸入，進(jìn)入時鐘恢復(fù)輸入階段。TEST1為高時選擇輸入
5	RxD	數(shù)字	同步接收數(shù)據(jù)輸出
6	CLR/T	數(shù)字	和功能模式相關(guān)的發(fā)送接收時鐘輸出
7	RxDEM	數(shù)字	解調(diào)后的數(shù)據(jù)輸出
8	DGND	電源	數(shù)字地
9	DVDD	電源	數(shù)字正電壓：5（1±0.05）V
10	TEST1	數(shù)字	測試輸入，取消發(fā)送到接收模式的自動切換，使TEST3輸入有效。高有效
11	TEST2	數(shù)字	測試輸入，減小發(fā)送到接收模式自動切換的時間。高有效
12	TxD	數(shù)字	發(fā)送數(shù)據(jù)輸入
13	XTAL2	數(shù)字	振蕩器輸出
14	XTAL1	數(shù)字	振蕩器輸入
15	CHS	數(shù)字	信道選擇輸入
16	BRS	數(shù)字	波特率選擇輸入
17	AFCF	模擬	自動頻率控制輸出，連接外部補償電路
18	DVss	電源	數(shù)字負(fù)電壓：-5（1±0.05）V
19	IFO	模擬	中間頻率濾波器輸出
20	DEMI	模擬	FSK解調(diào)輸入
21	AVss	電源	模擬負(fù)電壓：-5（1±0.05）V
22	AGND	電源	模擬地：0V
23	AVDD	電源	模擬正電壓：5（1±0.05）V
24	RAI	模擬	接收模擬輸入
25	RxFO	模擬	接收濾波器輸出
26	TxFI	模擬	發(fā)送濾波器輸入（TEST4為高電被選中）
27	ALCI	模擬	自動等級控制輸入
28	ATO	模擬	模擬發(fā)送輸出

　　從功能上看，這28個引腳可大致分為如下11類。

　?。?）電源供應(yīng)輸入：DGND、DVDD，DVSS，AVSS，AGND，AVDD。 ST7536內(nèi)部有數(shù)字和模擬兩個獨立的電源供應(yīng)；而外部的電源供應(yīng)是應(yīng)該接在一起的。

　?。?）信道和波特率的選擇：CHS、BRS。 ST7536提供600和1200baud兩種波特率，通過BRS選擇；對每種波特率，ST7536提供兩個信道，通過CHS來選擇。具體情況如表2所列。

表2

BRS	CHS	波特率/baud	頻率/kHzTxD=1	頻率/kHzTxD=0
0	0	600	81.75	82.35
0	1	600	67.20	67.80
1	0	1200	71.40	72.60
1	1	1200	85.95	87.15

　　(3) 振蕩器輸入、輸出：XTAL1、XTAL2。

ST7536的內(nèi)部振蕩器需要1個外部11?0592MHz的晶振和2個電容。也可以直接往振蕩器輸入時鐘信號，這種情況下晶振和電容都不必要了。

　?。?）自動頻率控制的穩(wěn)定：AFCF。

自動頻率控制部分調(diào)節(jié)發(fā)送/接收頻段濾波器的中心頻率。這部分功能的穩(wěn)定性由外接的電阻電容網(wǎng)絡(luò)電路來保證。

　?。?）自動等級控制輸入：ALCI。

自動等級控制處理發(fā)送信號的最后輸出。它使得功率放大器的輸出電壓不受電力線網(wǎng)絡(luò)變化的影響。一般電力線網(wǎng)絡(luò)的電阻在5~100Ω。如果電力線電阻改變了，則放大器的輸出也相應(yīng)改變。自動等級控制輸入可以糾正這些輸出變化。為了控制電力線接口的輸出，需要一個反饋信號，這個信號通過一個放大器來傳送。自動等級控制可以以32步，每步0.84dB來減小最大的發(fā)送輸出值。探測自動等級控制輸入的峰值，和兩個參考電壓相比較，進(jìn)行相應(yīng)處理。這樣保證輸入的放大器反饋信號的峰值電壓在兩個參考電壓之間。

（6) 數(shù)據(jù)輸入和輸出：RxD、CLR/T、RxDEM、TxD。

ST7536是同步的調(diào)制解調(diào)器，數(shù)據(jù)輸入和輸出都和時鐘(CLR/T)有關(guān)。發(fā)送模式下，ST7536自己產(chǎn)生時鐘信號，發(fā)送的數(shù)據(jù)在CLR/T的上升沿被采樣，所以這時TxD有效。接收模式下，解調(diào)后的數(shù)據(jù)在引腳RxDEM上有效，時鐘恢復(fù)電路從解調(diào)后的數(shù)據(jù)中取得時鐘信號，在CLR/T上升沿發(fā)送同步數(shù)據(jù)(RxD)。

　?。?）測試輸入：TEST1、TEST2、TEST3、TEST4。

TEST2、TEST3、TEST4通常不用，被置成0V；TEST1可用來取消發(fā)送到接收模式的自動切換。

　?。?）中間頻率濾波器輸出和FSK解調(diào)輸入：IFO、DEMI。這兩個引腳之間通過1個電容來連接。

　?。?）接收輸入和發(fā)送輸出：RAI、ATO。

RAI是ST7536的接收模擬輸入。它和電力線接口的接收輸出相連，最大輸入電壓的均方根值是2V。接收靈敏度的均方根值在信道1和信道2(600 baud)上是2mV；在信道3和信道4(1200 baud)上是3mV。 ATO是ST7536的發(fā)送輸出，它和電力線接口的發(fā)送輸入相連。模擬發(fā)送輸出由自動等級控制輸入電路來調(diào)整。最大輸出電壓的峰-峰值是3.5V，二次諧波失真大約為-53 dB。

　?。?0）接收/發(fā)送控制輸入：Rx/x。

ST7536是半雙工的調(diào)制解調(diào)器，所以有發(fā)送和接收兩種操作模式。模式選擇取決于Rx/x輸入。如果這個輸入為“0”，超過3s，ST7536自動切換回接收模式。為了解決這個問題，可以使用TEST1輸入。只要把TEST1輸入置為“1”，就可以禁止模式的自動切換。

　?。?1）重啟輸入：RESET。

3.ST7536芯片功能結(jié)構(gòu)圖

　　ST7536芯片功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

4.ST7536芯片工作流程說明

　　發(fā)送模式：TxD在時鐘(CLR/T)的上升沿被采樣，然后數(shù)據(jù)進(jìn)入FSK調(diào)制器。調(diào)制器在由時基和控制邏輯所設(shè)置的頻率上工作。通常情況下，多路開關(guān)(MUX)選擇FSK調(diào)制器信號送到發(fā)送濾波器。發(fā)送濾波器是可切換的電容頻段濾波器。時基和控制邏輯使用自動頻率控制(AFC)在發(fā)送頻率上設(shè)置這個濾波器,它也和所選擇的信道相關(guān)。濾波后，待發(fā)送信號進(jìn)入一個自動等級控制(ALC)。這個控制用來克服電力線阻抗變動問題。因為電力線本身特性就有頻繁而且不可預(yù)測的變動。自動等級控制利用來自電力線接口的一個反饋信號(ALCI)來調(diào)節(jié)最終的發(fā)送輸出信號(ATO)。

　　接收模式：信號進(jìn)入芯片接收模擬輸入引腳(RAI)。接收信號在接收頻段濾波器中進(jìn)行濾波。接收濾波器和發(fā)送濾波器類似，也是一個可切換的電容濾波器。自動頻率控制用來設(shè)置合適的頻率。信號被放大，接著被轉(zhuǎn)換，再由頻段濾波器進(jìn)行濾波。這樣處理后的信號被送到FSK解調(diào)器。頻段濾波器輸出(IFO)和FSK解調(diào)輸入(DEMI)通過一個外部電容來連接，這個電容能夠去掉最后的偏移電壓。時鐘恢復(fù)電路從FSK解調(diào)器的解調(diào)輸出(RxDEM)中得到接收時鐘(CLR/T)。同步接收到的數(shù)據(jù)(RxD)在時鐘的上升沿被有效發(fā)送出去。

　　時基部分發(fā)送所有內(nèi)部時鐘信號，這些信號來自11.0592MHz的晶振。振蕩器連接XTAL1和XTAL2兩個引腳。也可以直接在XTAL1引腳上提供時鐘信號來取代使用上面的晶振。

　　為了調(diào)試芯片，測試外部電路，ST7536提供了幾個測試選項。用發(fā)送頻段濾波器上的一個直接輸入就可以觀察發(fā)送頻段濾波器的工作情況。如果TEST4=1，那么多路開關(guān)就選擇這個發(fā)送濾波器輸入(TxFI)。接收頻段濾波器在25引腳輸出。最后，TEST1=1時可以觀察到時鐘恢復(fù)的情況，這時TEST3輸入直接作為時鐘恢復(fù)模塊的輸入。

二、ST7536的外圍電路——電力線接口

　　電力線接口(PLI)連接著ST7536芯片和低壓電力線。圖4是根據(jù)ENEL規(guī)范設(shè)計的一種電力線接口電路。

　　在發(fā)送模式下，電力線接口把來自ST7536芯片ATO的發(fā)送信號進(jìn)行放大和濾波。緩沖區(qū)的作用是保護(hù)ST7536，并且驅(qū)動電力線接口中的下一個部件。低通濾波器(LPF)的作用是抑制諧波。濾波后的信號被送入功率放大器，這個功率放大器通過轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動阻抗為1~100Ω的電力線。此外，放大器也進(jìn)行頻段濾波，來抑制發(fā)送信號的二次諧波。

　　在接收模式下，轉(zhuǎn)換器從電力線上取得信號，在預(yù)放大器中進(jìn)行放大，再送給ST7536的接收輸入引腳RAI。這種模式下，為了避免功率放大器的低輸出阻抗所造成接收信號的衰減，關(guān)閉緩沖器和功率放大器。

三、ST7536芯片的一個應(yīng)用

　　以上詳細(xì)介紹了ST7536芯片。下面簡單介紹這個芯片的一個應(yīng)用實例，給出ST7536和單片機及電力線接口簡單結(jié)構(gòu)圖，如圖5所示。

結(jié)束語

　　本文詳細(xì)介紹了低壓電力載波MODEM ST7536芯片的結(jié)構(gòu)、原理及具體應(yīng)用。在整個系統(tǒng)的運行中，ST7536工作高效而穩(wěn)定，較好地解決了利用低壓電力線載波傳輸中的技術(shù)問題。這對于邊遠(yuǎn)地區(qū)利用電力線上INTERNET也有參考價值。