一種高度集成化的電力線載波通信芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電力線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高度集成化的電力線載波通信芯片，該芯片集成了1）Flash芯片，SRAM芯片，時鐘芯片，RISC處理器；2）模擬前端電路，包括解調(diào)低通濾波電路，自動增益控制電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制低通濾波電路及功率放大電路；3）OFDM數(shù)字信號處理器；4）控制模塊：電源控制器、復(fù)位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5）系統(tǒng)總線：數(shù)據(jù)總線和地址總線。本實用新型具有極高的集成度，所需外圍電路少，提高了載波芯片的傳輸速率，提高了電路載波通信的性能。
【專利說明】一種高度集成化的電力線載波通信芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高度集成化的電力線載波通信芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]電力載波通信是電力系統(tǒng)特有的數(shù)據(jù)通信方式，指利用現(xiàn)有電力線，把信號調(diào)制在50Hz或者60Hz工頻上的技術(shù)。電力公司利用現(xiàn)有低壓電力線供電網(wǎng)絡(luò)作為載波電能表數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，通過集中器把載波電能表組成數(shù)據(jù)傳輸局域網(wǎng)，再通過高壓載波電力線形成電力公司的專用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)電力公司與電力用戶的信息交互。由于電力公司擁有供電網(wǎng)絡(luò)這一得天獨厚的條件，所以電力載波通訊網(wǎng)絡(luò)將是“智能電網(wǎng)”建設(shè)計劃良好的基礎(chǔ)選擇，具有廣闊的市場空間。
[0003]電力載波具有組網(wǎng)快、投資少、覆蓋范圍大、無需二次布線等優(yōu)點，在遙測、防盜、工業(yè)現(xiàn)場控制、樓宇自動化等領(lǐng)域具有廣闊的前景。但由于電力線最初不是為了通信而設(shè)計的，存在工作環(huán)境不穩(wěn)定、負(fù)荷時大時小、線網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜等固有劣勢，造成電力載波噪聲干擾強(qiáng)，信道衰減大，信道延時等不利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，因此相對其他通信傳輸方式電力載波有著更高的要求。
[0004]載波芯片指具有電力載波通信功能的芯片，其基礎(chǔ)功能是使得在電力線上的用電器能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信，以達(dá)到用電器的測量、傳感、控制等智能化目標(biāo)。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:為電力線電能表遠(yuǎn)程抄表提供一種高度集成化的電力線載波通信芯片，該芯片使用SOC技術(shù)設(shè)計，單片集成度高，所需外圍電路少，解決現(xiàn)有載波芯片傳輸速率不高、集成度低的不足。
[0006]本實用新型采取的技術(shù)方案為提供一種高度集成化的電力線載波通信芯片，I)集成了 Flash芯片，SRAM芯片，時鐘芯片，RISC處理器；2)模擬前端電路，包括解調(diào)低通濾波電路，自動增益控制電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制低通濾波電路及功率放大電路；3)0FDM數(shù)字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復(fù)位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統(tǒng)總線:數(shù)據(jù)總線和地址總線。
[0007]本實用新型集成了數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器用來發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行OFDM調(diào)制解調(diào)后送微處理器運算。
[0008]本實用新型集成了 32位RISC微處理器。微處理器用來控制芯片的工作，包括控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，設(shè)置芯片的工作頻率和輸出數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。
[0009]本實用新型集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于把在電力線上接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成本實用新型能夠識別的數(shù)字信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于把調(diào)制后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號以便能夠耦合到電力線上。
[0010]本實用新型集成了自動增益控制電路。自動增益控制電路防止信號發(fā)生大躍變和盡可能地擴(kuò)大增益的動態(tài)范圍。
[0011]本實用新型集成了低通濾波電路。低通濾波電路用于濾除高頻噪聲。
[0012]本實用新型集成了功率放大電路。功率放大電路用于放大調(diào)制后的模擬信號的功率，增強(qiáng)信號傳輸能力。
[0013]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，OFDM載波的調(diào)制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:IO-1OOkbps。
[0014]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，OFDM載波允許同時發(fā)送接收最大頻道數(shù)為18，接收靈敏度0.2uV。
[0015]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在調(diào)制模式下，輸入數(shù)據(jù)位數(shù)為10位，經(jīng)過卷積編碼、交織編碼、QPSK調(diào)制、添加導(dǎo)頻、降PAPR矩陣變換、傅里葉逆變換、插入循環(huán)前后綴，最終輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為640位。
[0016]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在解調(diào)模式下，輸入數(shù)據(jù)位數(shù)為640位，經(jīng)過刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導(dǎo)頻、QPSK解調(diào)、信道解交織和Viterbi譯碼，最終輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為10位。
[0017]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述Flash芯片為16k Flash。
[0018]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述SRAM芯片為4k SRAM。
[0019]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述RISC處理器為32位RISC處理器。
[0020]本實用新型的有益效果是:本實用新型具有極高的集成度，所需外圍電路少，提高了載波芯片的傳輸速率，提高率電路載波通信的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]結(jié)合附圖考慮，能夠更完整地理解本實用新型。但此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。
[0022]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本實用新型的原理框圖；
[0024]圖3是數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0026]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，也是本實用新型的功能示意圖所示，其包括解調(diào)低通濾波電路，自動增益控制電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字信號處理器，微處理器，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制低通濾波電路和功率放大電路。接收到的模擬信號從電力線上經(jīng)過外圍電路處理進(jìn)入本實用新型進(jìn)行解調(diào)。信號首先進(jìn)行低通濾波，然后依次進(jìn)行自動增益控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換和解調(diào)。要發(fā)送的數(shù)字信號先送入數(shù)字信號處理器進(jìn)行調(diào)制，然后依次經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換、低通濾波和功率放大發(fā)送出去。微處理器則用于對本實用新型的控制。
[0027]圖2是本實用新型的原理框圖。是本實用新型內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。包括電源控制，復(fù)位，時鐘發(fā)生器，32位RISC處理器，IO控制器，數(shù)字信號處理器，實時時鐘，4K SRAM，16KFlash,低通濾波器，自動增益控制，模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換，功率放大器，數(shù)據(jù)總線和地址總線。其中，電源控制模塊負(fù)責(zé)本實用新型核心和IO 口的供電；復(fù)位模塊執(zhí)行本實用新型的復(fù)位操作；時鐘發(fā)生器提供本實用新型工作的基準(zhǔn)時鐘和運算頻率；實時時鐘提供本實用新型的基帶頻率和各種時間。和IO 口控制器控制本實用新型的所有輸入輸出接口的開與關(guān)；SRAM是本實用新型工作時的內(nèi)存，用來保存運算過程中的臨時數(shù)據(jù)；Flash用來存儲用戶數(shù)據(jù)和記錄本實用新型的配置和工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)和地址總線用于各模塊之間數(shù)據(jù)字和控制字的傳送。
[0028]圖3是數(shù)字信號處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)的流程圖。數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)字信號處理器進(jìn)行調(diào)制，會首先經(jīng)過卷積和交織編碼，通過增加冗余來確保通信的可靠性。之后通過QPSK調(diào)制將子載波轉(zhuǎn)換成載波幅度和相位的映射。之后通過添加導(dǎo)頻和降PAPR。降PAPR的作用是抑制峰均功率比，過大的峰均功率比會降低本實用新型的性能，超出放大器的帶寬范圍造成失真。之后進(jìn)行傅里葉逆變換，將數(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)式變換到時域上，得到信號的時域抽樣序列。之后通過插入循環(huán)前后綴，抑制符號間的干擾。數(shù)據(jù)解調(diào)是調(diào)制的逆過程，包括刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導(dǎo)頻、QPSK解調(diào)、信道解交織和Viterbi 譯碼。
[0029]本實用新型采用OFDM正交頻分復(fù)用調(diào)制，本實用新型技術(shù)參數(shù)要求:調(diào)試方式:0FDM。調(diào)制中心頻率:50K-500Khz。帶寬:40_60ΚΗζ。載波傳輸速率:10_100kbps。允許同時發(fā)送接收最大頻道數(shù):18。接收靈敏度:<0.2uV。工作環(huán)境:相對濕度< 95%。工作溫度:-4(TC?+7(TC。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:該芯片集成了 DFlash芯片，SRAM芯片，時鐘芯片，RISC處理器；2)模擬前端電路，包括解調(diào)低通濾波電路，自動增益控制電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制低通濾波電路及功率放大電路；3) OFDM數(shù)字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復(fù)位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統(tǒng)總線:數(shù)據(jù)總線和地址總線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM載波的調(diào)制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:10_100kbps。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM載波允許同時發(fā)送接收最大頻道數(shù)為18，接收靈敏度0.2uV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數(shù)字信號處理器的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)為10位，輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為640位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數(shù)字信號處理器的輸入數(shù)據(jù)位數(shù)為640位，輸出數(shù)據(jù)位數(shù)為10位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:所述Flash芯片為16k Flash。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:所述SRAM芯片為 4k SRAM。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:所述RISC處理器為32位RISC處理器。
【文檔編號】H04B3/54GK203689674SQ201320725446
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】張駒鵬, 周中華, 楊軍超, 林鎮(zhèn)葵, 王明江 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院