復(fù)合耦合技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用

　　2. 2 接口電路框圖

　　ST 7538 電力線收發(fā)信號通道框圖設(shè)計如圖2 所示。接收信號通道由耦合電路、濾波電路、保護(hù)電路、電壓放大電路組成。發(fā)送信號通道由電壓放大電路、功率放大電路、濾波電路、保護(hù)電路、耦合電路組成。

　　電力線接口首先是一個耦合電路，用于FSK信號的傳輸與接收，同時也是一個濾波系統(tǒng)，能可靠地過濾掉220 V/50 Hz 的電力信號、噪聲信號和浪涌信號。
圖2 ST 7538 的電力線收發(fā)信號通道框圖。

　　由于希望系統(tǒng)使用時有較遠(yuǎn)的通信距離，就必須要求模塊發(fā)送端有足夠大的功率輸出，而大輸出功率的放大電路不宜長時間連續(xù)工作，否則容易過熱損壞;若設(shè)計高要求的大輸出功放電路，會增加系統(tǒng)成本。為此，系統(tǒng)采用如圖2 框圖中的發(fā)送放大電路電源控制，使系統(tǒng)只有處于發(fā)送狀態(tài)時發(fā)送電路中的電壓放大和功率放大電路才能得到合適的工作電源而工作;系統(tǒng)處于接收狀態(tài)時，發(fā)送電路中的電壓放大和功率放大電路因得不到電源而不工作;而模塊中的接收信號通路的電壓放大電路是始終工作的。

　　2. 3 耦合保護(hù)窄帶濾波接口電路

　　根據(jù)上述接口電路的模型，可設(shè)計出低壓電力線通信發(fā)送端的接口電路，如圖3 所示。
圖3 載波發(fā)送端接口電路。

　　在發(fā)送電路中，三極管和變壓器組成調(diào)諧功率放大電路。該諧振變壓器TRANS4 有著雙重作用:

① 耦合載波信號;

② 使通信電路與220 V/50 Hz的強(qiáng)電隔離，C14為耦合電容。

　　前級功放輸出的信號經(jīng)諧振網(wǎng)絡(luò)選頻，耦合到交流電力線上，其調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)滿足：

若將中心頻率選在82. 05 kHz，C11 =1 000 pF，經(jīng)計算可得電感L 的取值在3. 76 mH左右。實(shí)用時，一般通過調(diào)節(jié)變壓器一次繞組電感量來調(diào)節(jié)中心頻率。C10 = 0. 56 μF，經(jīng)計算可得電感L4 = 6. 73 μF( 實(shí)用L4 = 6. 8 μF)，變壓器設(shè)計為部分接入功放，① 考慮阻抗匹配的需要;② 使變壓器及電力線側(cè)負(fù)載變化對諧振特性的影響最小。選取在電力線上的元件C10、C11、R35、CNR、L4時，既要考慮它們的通載波、隔離220 V/50 Hz 的強(qiáng)電能力，還要考慮器件的耐壓和功率、電路使用的安全及有效性。R35、CNR 還兼有展寬通頻帶的作用，但信號增益有所下降。

　　變壓器TRANS4 將電力線與接口電路的其余部分相隔離，發(fā)送信號送至電力線;然后，從電力線上取接收載波信號;最后，濾除來自電力線上的干擾噪聲。

　　信號經(jīng)變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35耦合至電力線上，變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35組成了帶通濾波器，而低壓電力線阻抗R 具有時變特性。由此，可計算出經(jīng)變壓器二次側(cè)、L4、C11、C10、CNR、R35和低壓電力線阻抗R 組成的雙口網(wǎng)絡(luò)的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù):

式中，R、C、L 分別為雙口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻、電容、電感。

　　低壓電力線通信接收端的接口電路如圖4 所示。電力線側(cè)的接口電路部分接收和發(fā)送信號共用，接收信號時，信號從交流220 V 的插座送入電力線，經(jīng)0. 5 A 熔斷器保護(hù)電路，由C10、CNR、R35、C11、變壓器線圈組成的降壓選頻電路( 中心頻率設(shè)計為82. 05 kHz) 及變壓器耦合后，經(jīng)由C12、C13及變壓器線圈組成的并聯(lián)諧振回路選頻，再經(jīng)L3、C9組成的濾波耦合到運(yùn)放進(jìn)行電壓放大及整形，放大整形后的信號輸入到電力線載波芯片。

圖4 載波接收端接口電路。

　　3 接口電路的仿真試驗(yàn)及分析

　　根據(jù)接口電路的電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，對雙口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計算機(jī)仿真分析。在此，重點(diǎn)分析在不同低壓電力線阻抗條件下帶通濾波器的通頻帶，即該接口電路的頻率特性。頻率特性是*價該接口電路耦合性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。仿真顯示，當(dāng)電力線電阻為2、10、20、50、70、100 Ω 時，幅頻特性情況如表1 和表2 所示。