新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > DSP控制的电力线通信模拟前端接口设计

DSP控制的电力线通信模拟前端接口设计

作者:装甲兵工程学院 陈建明时间:2008-07-10来源:单片机与嵌入式系统应用

  接收的位序列和已知的“位同步”域进行比较,当位同步数据接收到之后,调制解调器就开始搜寻“字同步”域。字同步数据标志着消息数据的起始,同时也定义了消息数据的极性。当包的数据确定后, 11位码字解码为8位的数据字节,接收字节的校验位和通过计算得到的校验位进行比较,数据从物理层传送到MAC层。然后接收数据进行CRC校验比较,正确数据从数据链路层传输到网络层。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/85543.htm

  2.2 相位检测

  为了检测发送信号的“0”或“1”, 中频信号16.5kHz的相位是离散的接收信号值的形式。首先需要用接收的采样信号驱动一个数字锁相环,当这个锁相环的输出被接收的信号同步地锁住后,锁相环和接收信号之间的复数相位的估算是由锁相环调制产生的。复数相位的实部是余弦和,当接收到“0”信号时,它是一个很大的正数值;相反接收到“1”时,它就是一个大的负数。复数相位的虚部是正弦和。它代表了相位有偏差,并反馈给锁相环来调整正弦输出,以跟踪接收的信号。

图4 接收信号处理框图

  图4为完整的接收信号的处理框图。为了提高系统的稳定性,加上了一个自动增益控制模块(Automatic Gain Control,AGC)。它是通过侦测接收信号的平均大小来接收信号的。

  2.3 信号发送

  在该应用中,发送信号通过控制器的片上PWM(脉宽调制模块)直接生成。每一位定义有24个周期,因此PWM控制器允许运行24个周期;而后,根据下一个发送位的极性,通过一个中断来重新给PWM输出赋值。欲发送的消息数据从应用层依次输送到会话层、传输层、网络层、数据链路层,然后到达物理层,形成发送波形。在数据链路层时,消息数据的CRC字经计算后附加给数据,物理层确定信道是否可用,然后把数据发送出去。

  2.4 PWM生成发送波形

  三级信号波形是通过把控制器的两个PWM输出相加得到的,然后该波形由低通滤波器产生一个正弦波。与标准的二级方波相比,三级波形的奇次谐波能量要小很多,不同的脉冲宽度会产生不同的谐波频率。为了将滤波器需要清除的谐波减到最小,需要确定最佳的脉冲宽度。从下式对称脉冲的傅里叶级数公式,可以找到这个宽度。式(1)中T代表基波频率周期,ω代表脉冲宽度。

  那么,总的谐波失真THD可用下式表达:

  对式(2)求最小的总谐波失真,则最佳脉宽大约是周期T的37%;然而,这还没有考虑到低通滤波产生的影响。如果用二阶低通滤波器,将会得到不同的结果。在模拟时,二阶低通滤波器的Q设置为2.3。如果Q很大,THD会更好,但是会造成码间干扰,因此,最好是把正负数字脉宽设为脉冲周期的1/3长,将低通滤波器角频率和数字脉冲序列的频率设为相同。1/3脉宽可以通过使用12倍于发送波形频率的定时时钟信号来获得,如图5所示。通过使用1个模拟电路,将2个数字信号相加,而后低通滤波器滤掉谐波,就可以从PWM输出获得正弦波。

图5 三级波形结构

  2.5 发送放大器设计

  发送放大器由SallenKey滤波器决定,发送低通滤波放大器如图6所示。这个电路的传输函数如下:

图6 发送低通滤波放大器

  这里,R1=kR,R2=R,C1=C,C2=aC。假设放大器增益为2,则vout可以表示如下:

  Q最大时滤波器的峰值最大,而当商数k/(1+k)为1时Q最大。

  因此图6中SallenKey滤波器中的电阻R1和R2一般相等,Q根据电容的比值来确定。发送放大器有2个输入端,2个输入信号是从处理器的PWM输出端中的信号过滤而来。放大器发送频率的峰值越大,谐波频率中的相对衰减也越大,因此,希望电阻R1、R2、R3的并联组合与R4电阻相等,以此来获得一个较大的Q值。

  若定义R4=R,则:

  此外,定义衰减因素k为:

  然后,能根据R和k来定义电阻值:

  定义电容为C1=C,C2=aC,根据A、k、a、R和C,发送放大器的传输函数如下:

  其中:

  给定Q,电容比率为:

  若放大器增益A=2,且取a的较小解,则

  最后,s=0,传输函数增益为:

  这样,就求得了所有定义发送放大器部件的参数,通过以上的参数可以设计调制解调器模拟终端。

  3 结论

  本文只对调制解调器的硬件设计过程进行了描述,软件设计主要是根据CEA709协议的要求通过来完成的。在设计和实现中还有许多关键技术问题需解决,因篇幅所限未作详细说明。这个基于单一定点DSP控制的调制解调器硬件系统在各种电力条件下进行检测,其功能较稳定和可靠,正应用于智能家居的系统中。

  参考文献

  [1] ANSI/EIA/CEA709.1B2000 Control Network Protocol Specification[OL]. [20070512].http://www.lonmark.org/products/guides.htm#lontalk.

  [2] Warren Webb. Thinking inside the box: Buildings get a brain[J]. EDN,2005(7):49-57.

  [3] Texas Instruments TMS320F2812 Data Manual[OL].[20070810].http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320f2812.pdf.

  [4] Digital Addressable Lighting InteRFace Activity Group (DALI AG) of ZVEI, Division Luminaires Stresemannallee 19, D60596 Frankfurt am Main, Germany[OL].[20071020]. http://www.daliag.org/.

  [5] MATLAB is a product of The MathWorks[OL]. [20071020].http://www.mathworks.com/.

  [6] 宦若虹,金向东. 基于OFDM的系统的Matlab仿真[J]. 现代电子技术,2006,29(1):129-131.

  [7] Zimmermann M,Dostert K. A Multipath Model for the Power Line Channel[J]. IEEE Trans.Commun.2002,50(4):553-559.

  [8] Zimmermann M,Dostert K.Analysis and Modeling of Impulsive Noise in Broadband Power Line Communications[J]. IEEE Trans. Electromagnetic Compatibility,2002,44(1):249-258.


上一页 1 2 下一页

关键词: DSP 电力线 通信 ADC

评论

技术专区

关闭