配合智能電表趨勢的PLC技術(shù)及解決方案

當(dāng)今很多國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ERDF的Linky電表項(xiàng)目。歐盟最大的電力配電網(wǎng)運(yùn)營商、法國電力集團(tuán)(EDF)的子公司——法國電網(wǎng)輸送公司（ERDF）已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)涉及總數(shù)目3,500萬只電表的項(xiàng)目。從2012年至2017年，該項(xiàng)目將把法國國內(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的智能電表市場提供通用及穩(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

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)競爭方案需要復(fù)雜的嵌入式軟件來執(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)人員無需涉及PHY和MAC協(xié)定傳輸細(xì)節(jié)問題。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)場部署要求的3種不同模式：MASTER (集中器)、SLAVE (電表)和SPY (給測試人員的原始數(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。例如，片上實(shí)現(xiàn)物理層(PHY)和媒體訪問控制器(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10年、400萬片量產(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來的信號(hào)經(jīng)過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過零信號(hào)同步，49587有過零檢測引腳對(duì)50Hz進(jìn)行檢測。如果系統(tǒng)對(duì)隔離有嚴(yán)格要求，50Hz檢測信號(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。