配合智能電表趨勢(shì)的安森美半導(dǎo)體PLC技術(shù)及解決方案

　　當(dāng)今很多國(guó)家都已采用或即將部署智能電表系統(tǒng)，并采用自動(dòng)遠(yuǎn)程集抄方式。目前備受關(guān)注的是法國(guó)ERDF的Linky電表項(xiàng)目。歐盟最大的電力配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商、法國(guó)電力集團(tuán)(EDF)的子公司——法國(guó)電網(wǎng)輸送公司(ERDF)已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)涉及總數(shù)目3,500萬(wàn)只電表的項(xiàng)目。從2012年至2017年，該項(xiàng)目將把法國(guó)國(guó)內(nèi)的傳統(tǒng)電表統(tǒng)一更換成新型的Linky智能電表。這類智能電表通信采用了擴(kuò)頻的頻移鍵控(S-FSK)電力線載波(PLC)技術(shù)。

　　安森美半導(dǎo)體在電表領(lǐng)域積累了十多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，為這一重要且快速增長(zhǎng)的智能電表市場(chǎng)提供通用及穩(wěn)定的方案，包括最新推出的PLC調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，可廣泛用于智能電表、遠(yuǎn)程控制/家居顯示屏(IHD)、太陽(yáng)能逆變器、智能插座及智能街道照明等應(yīng)用。

　　安森美半導(dǎo)體的PLC調(diào)制解調(diào)器技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

　　安森美半導(dǎo)體在電力線載波調(diào)制解調(diào)器領(lǐng)域擁有10年的在傳統(tǒng)及分體式電表抄表的應(yīng)用及400多萬(wàn)片量產(chǎn)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)。此前先后推出了AMIS-30585和AMIS-49587 PLC S-FSK調(diào)制解調(diào)器方案，這兩款均支持采用24 MHz時(shí)鐘的ARM7TDMi內(nèi)核，支持的載波速率分別為1,200bps和2,400bps，支持歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CENELEC)頻段，分別是A(9--95 kHz)和A，B(9-125kHz)頻段。

　　以AMIS-49587 PLC調(diào)制解調(diào)器為例，它提供高集成度、符合IEC61334-5-1標(biāo)準(zhǔn)的低功耗PLC方案，用于智能電表系統(tǒng)自動(dòng)讀表及管理、街道照明控制、智能電力插頭(power plug)和建筑物自動(dòng)化等應(yīng)用。AMIS-49587提供集成單芯片方案，幫助簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低開發(fā)及應(yīng)用成本，并加速上市進(jìn)程。它基于ARM7TDMI處理器內(nèi)核，同時(shí)內(nèi)嵌了物理層和(MAC)層。而大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)方案需要復(fù)雜的嵌入式軟件來(lái)執(zhí)行與AMIS-49587相同的功能。它具有自動(dòng)中繼器(repeater)功能，進(jìn)一步提高通信可靠性，通信成功率比其它可選及現(xiàn)有方案更高。AMIS49587藉板載低抖動(dòng)鎖相環(huán)(PLL)與交流主電源(mains)信號(hào)同步，內(nèi)嵌的濾波器提供優(yōu)異的白噪聲(white noise)及窄帶干擾抑制性能。AMIS-49587具備高集成度和內(nèi)嵌協(xié)議處理，設(shè)計(jì)人員無(wú)需涉及PHY和MAC協(xié)定傳輸細(xì)節(jié)問(wèn)題。這器件能夠幫助節(jié)省多達(dá)50%的軟件開發(fā)耗費(fèi)，從而加快上市時(shí)間，降低總成本。

　　AMIS-49587是一體式方案，支持PLC現(xiàn)場(chǎng)部署要求的3種不同模式：MASTER (集中器)、SLAVE (電表)和SPY (給測(cè)試人員的原始數(shù)據(jù))。本地微控制器(MCU)至PLC調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行串行通信，它是半雙工，標(biāo)準(zhǔn)不歸零(NRZ)格式，8個(gè)數(shù)據(jù)位1個(gè)停止位，可設(shè)定波特率(4,800、9,600、19,200和38,400波特)、3.3 V額定供電電壓(通信引腳電平容限為5 V)。

　　這種PLC調(diào)制解調(diào)器具有許多優(yōu)勢(shì)。例如，片上實(shí)現(xiàn)物理層(PHY)和媒體訪問(wèn)控制器(MAC)層，重點(diǎn)在于應(yīng)用層能在不到一個(gè)季度的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出全套互操作PLC方案，因此方案更安全、上市速度更快。此外，安森美半導(dǎo)體在此領(lǐng)域積累的現(xiàn)場(chǎng)10年、400萬(wàn)片量產(chǎn)驗(yàn)證了該方案的可靠性。同時(shí)，自動(dòng)應(yīng)用可信值/中繼提供了通信可靠性的保證。由于包含16位分辨率的模擬前端，它也具有極優(yōu)的噪聲免疫性，免受不同類型噪聲影響。

　　這種PLC調(diào)制解調(diào)器的優(yōu)勢(shì)包括：組網(wǎng)方式靈活，方便維護(hù);采用易用/藉串行接口配置;同時(shí)兼容單相和多相;該方案比基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的方案能耗更低。

圖1：PLC調(diào)制解調(diào)器AMIS-49587及PLC線路驅(qū)動(dòng)器NCS5650應(yīng)用電路圖

　　圖(1)中方案的核心是PLC 調(diào)制解調(diào)器，AMIS-49587。為了增大發(fā)送信號(hào)功率Line Driver NCS5650把信號(hào)濾波放大后，通過(guò)變壓器將S-FSK信號(hào)耦合到到電網(wǎng)上。NCS5650的電流驅(qū)動(dòng)能力高達(dá)2A，其雙級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)只需要幾個(gè)阻容器件就可以配置成4階低通濾波器，濾除掉載波頻率以上的高頻諧波，防止其進(jìn)入配電網(wǎng)。高階濾波器的設(shè)置是為了滿足歐盟嚴(yán)格的電力線信號(hào)注入標(biāo)準(zhǔn)的要求，比如EN 50065。

　　FSK的接收是將變壓器耦合過(guò)來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)49587內(nèi)部運(yùn)放組成的濾波器進(jìn)行高通濾波，濾除50Hz信號(hào)后，再在內(nèi)部進(jìn)行FSK解調(diào)，以還原成數(shù)字信號(hào)。IEC 61334-5-1的系統(tǒng)需要50Hz過(guò)零信號(hào)同步，49587有過(guò)零檢測(cè)引腳對(duì)50Hz進(jìn)行檢測(cè)。如果系統(tǒng)對(duì)隔離有嚴(yán)格要求，50Hz檢測(cè)信號(hào)可以增加光電耦合器進(jìn)行隔離。

　　安森美半導(dǎo)體最新多載波PLC調(diào)制解調(diào)器NCN49597概覽

　　NCN49597是安森美半導(dǎo)體新系列PLC調(diào)制解調(diào)器的最新產(chǎn)品，集成了低功耗32位ARM Cortex M0處理器及高精度模擬前端，可以支持多種協(xié)議。該器件基于雙4,800波特?cái)U(kuò)頻型頻移鍵控通道技術(shù)，優(yōu)化了能效和性能，同時(shí)提供極佳的強(qiáng)固性及可靠性，使其能在最嚴(yán)格的環(huán)境下工作。

　　NCN49597完全符合現(xiàn)行的IEC61334-5-1標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)與其前身AMIS49587保持引腳對(duì)引腳及功能兼容性，從AMIS-49587可以很容易地升級(jí)至NCN49597。新器件增加了多種創(chuàng)新特性，如現(xiàn)場(chǎng)可編程(32kB空間)、雙載波、自動(dòng)位同步(Auto Bit Sync)，以提升通信穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化應(yīng)用及使用。

　　NCN49597支持多種協(xié)議，符合歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CENELEC) A至D(9-148.5kHz)頻段的可編程載波頻率，速度更高，更穩(wěn)定。這器件能夠采用50 Hz或60 Hz的交流(AC)電壓及直流(DC)電壓工作，增大了其應(yīng)用范圍。它可以直接驅(qū)動(dòng)LCD液晶屏，具有更高信噪比和更寬的載波頻段。NCN49597多載波技術(shù)采用并行的兩個(gè)S-FSK載波通道，每個(gè)通道都有兩組載波，波特率可達(dá)4800 bps;每個(gè)通道內(nèi)的載波可以互相穿插。

　　安森美半導(dǎo)體PLC調(diào)制解調(diào)器技術(shù)支持

　　安森美半導(dǎo)體為PLC調(diào)制解調(diào)器提供全面的技術(shù)支持。評(píng)估套件AMIS-49587EVK包含2個(gè)PLC調(diào)制解調(diào)器，用于客戶端與服務(wù)器之間配置通信;套件包含的開源圖形用戶界面(GUI)可用于配置端到端通信。軟件支持的PC工具包括可以用來(lái)測(cè)試和評(píng)估載波通信的PLC終端工具;工具使用C#開發(fā)，有可以在Linux平臺(tái)上運(yùn)行的版本。為了提高客戶的開發(fā)速度，安森美半導(dǎo)體還提供PLC模塊系統(tǒng)(圖2)和PLC模塊產(chǎn)品(圖3)。

圖2：PLC模塊系統(tǒng)圖

圖3：PLC模塊

　　結(jié)論

　　安森美半導(dǎo)體服務(wù)于PLC智能電表領(lǐng)域已有十多年的經(jīng)驗(yàn)，先后推出了AMIS-30585和AMIS-49587等經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的PLC調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品及NCS5650 PLC線路驅(qū)動(dòng)器，這些產(chǎn)品具有先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。安森美半導(dǎo)體最新推出的NCN49597 PLC調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，使用了諸如ARM Cortex等經(jīng)證明的技術(shù)，使得應(yīng)用方案既沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)且簡(jiǎn)便易用，是智能電表等應(yīng)用的理想選擇。安森美半導(dǎo)體同時(shí)提供包括評(píng)估套件、軟件、PLC模塊系統(tǒng)及PLC模塊產(chǎn)品等在內(nèi)的技術(shù)支持，幫助客戶加快產(chǎn)品開發(fā)及上市進(jìn)程。