电力线扩频芯片

1电力线载波扩频通信芯片PL2000用户手册用于电力线扩频载波通信的专用大规模集成电路PL2000，是特别针对中国电力网恶劣的环境所特别研制开发的低压载波通信芯片。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，并采用数字/模拟混合0.35μmCMOS工艺制作，所以在抗干扰及抗衰落性能等方面有着出众的表现。功能特点：1.窄带直接序列扩频技术，抗干扰能力强；2.可由软件选择扩频序列的长度；3.可由软件选择通信速率；4.可由软件设定捕获电平及跟踪电平；5.半双工同步传输，能方便给不带Uart的廉价单片机提供简单的接口；6.发送信号由D/A转换器及缓冲器输出，谐波成分少，不用外加复杂的滤波网络就能轻易满足有关电力线通信的谐波要求；7.内置看门狗电路；8.内置上电复位及电源监测电路；9.I/O口带4000VESD保护；10.单+5V供电；11.提供SOL-20与SOJ-20两种封装形式；12.数字/模拟混合0.35μmCMOS工艺制作；应用范围：1．低压电力载波集中抄表；2．智能大厦以及楼宇自控；3．信息家电；4．家用电器集中监控。2引脚图：引脚说明：1.clk450该管脚输出450KHz方波信号，和MC3357配合使用时作其二本振信号，和480KHz中频信号差频出30KHz的二中频信号；2．Clk600该管脚输出600KHz方波信号，作为MC3357的一本振信号，和接收到的120KHz信号差频出480KHz的一中频信号；3．XTAL1、XTAL2内部时钟振荡器，和晶振的接法图2.1a所示，如用外部时钟驱动，如2.1b所示；图2.1a图2.1b4．Ct该管脚输出芯片内部产生的本地伪随机码序列（m序列），其波形根据芯片设置情况以及收发信号的情况发生变化；当芯片设置成15位伪码时，它为：1111010110010003当芯片设置成31位伪码时，它为：当芯片接收到相应的扩频数据时，Ct端应能精确地跟踪发端的伪码序列；5．Sync同步端，用于协调PL2000和外接MCU的工作，下降沿有效；当芯片处于发送态时，该管脚出现一个占空比为1/N（N为伪码长度）的脉冲信号；6．Evbis电压监测功能所用的基准电压端，该管脚和VCC管脚之间存在1.23V的电压基准，使用时推荐在此管脚和VCC之间接一个0.01uf的电容；7．RxD解调数据输出，和Sync共同构成一个串行同步发送单元，在Sync的下降沿可由外接MCU从此管脚读出解调的数据，具体操作参考芯片时序（见后）；8．TxD发送数据输入，和Sync共同构成一个串行同步接收单元，在Sync的下降沿可由外接MCU从此管脚置入待发送的数据，具体操作参考芯片时序（见后）；同时它还和Setclk共同构成芯片的串行设置总线，作为串行设置总线的数据线；9．GND电源地；10．WDI看门狗复位端，由该管脚输入看门狗的复位脉冲，若超过1S此管脚上电平无变化，则RST管脚输出一个250ms的复位脉冲（高电平）；11．RSTMCU复位端，若超过1SWDI管脚上电平无变化，则该管脚输出一个250ms的复位脉冲（高电平）；12．Setclk芯片串行设置总线的时钟线;当T/R=0时，上升沿有效，具体具体操作参考芯片时序（见后）；13．T/R收/发控制端，当该管脚为高电平时，芯片处于接收态；当该管脚为低电平时，芯片处于发送或设置状态；414．FcDPSK解调的输出滤波端，推荐在此管脚和地之间接一个1000pf的电容；15．Sigout带三态的正弦发送信号输出端，由内部D/A转换器和缓冲放大器输出的低谐波发射信号；16．Sigin接收信号输入端，从此管脚输入需解调解扩的信号，推荐在此端输入120K、60K或30K的信号，信号幅度400mVP-P；17．Dout数字发送信号输出端，为一些低成本应用而设计，为一个开漏输出引脚（耐压25V）；图2.218．VCC电源端，芯片的+5V供电端。5极限参数：最高结温：…………………150℃工作温度：…………-35℃～+85℃电源电压：……………………7V焊接温度（10S）：………+300℃数字输入：……………-0.7V～VCC储存温度：…………-65℃～+165℃最高时钟频率：……………20MHz最大耗散功率：………………0.65W电特性表1电特性特性符号条件-20≤TA≤80℃)规范值单位最小最大V输出高电平VOHVDD=4.5VIOH=-20μAVIH=3.15VIL=0.8V4.2-VDD=5.5VIOH=-4.0mAVIH=3.15VIL=0.8V3.5-输出低电平VOLVDD=4.5VIOH=20μAVIH=3.15VIL=0.8V-0.2VDD=5.5VIOH=4.0mAVIH=3.15VIL=0.8V-0.45输入高电平VIHVDD=5.5V3.15输入低电平VILVDD=4.5V0.8输入漏电流IIVI=VDD或GND-±10.0μA静态电源电流IDDVI=VDD或GND,IO=0μA-800输入电容CI1)TA=25℃-10PF输出电容CO1)-106芯片工作时序当芯片处于发射态时，由于PL2000内部由Sync的上升沿对TxD的数据进行锁存，故外部MCU应当在Sync的下降沿将数据置于TxD管脚。当芯片处于接收态时，由于PL2000内部由Sync的上升沿对内部解调的数据进行锁存输出，故外部MCU应当在Sync的下降沿读取PL2000接收到的数据。芯片设置时，T/R必须为低；Setclk由外部MCU提供，最大接口速率为2M，芯片发送时序：T/R：Sync：TxD：芯片接收时序：T/R：Sync：RxD：芯片设置时序：T/R：Setclk：TxD：Bit1Bit0Bit227芯片工作寄存器：PL2000的工作寄存器共由23Bit组成，各BIT定义如下：BIT数说明BIT数说明Bit0保留Bit，使用时置1Bit12SD0（LSB）Bit1伪码Chip速率选择（1：7.5K/0：3.75K）Bit13捕获门限CD9（MSB）Bit2伪码长度选择（1：31位/0：15位）Bit14CD8Bit3同步比较门限SD9（MSB）Bit15CD7Bit4SD8Bit16CD6Bit5SD7Bit17CD5Bit6SD6Bit18CD4Bit7SD5Bit19CD3Bit8SD4Bit20CD2Bit9SD3Bit21CD1Bit10SD2Bit22CD0（LSB）Bit11SD18芯片操作知识：扩频(扩展频谱)技术是一种将信号频谱进行扩展来进行信息处理的传输技术。早在本世纪40年代起到第二次世界大战期间,许多系统就都具有了扩频的基本特征,例如当时科学家们利用回声来判定电离层存在的RADAR—RadioDetectionAndRanging系统就具有扩频信号的特征,但是实用的扩频系统直到50年代才发展起来,最早主要应用于军事系统,进入90年代以来,扩频通信系统也成为一种非常实用的民用设备。美国联邦通信委员会(FCC)于1985年开放了ISM波段,使无线扩频技术在微波波段的应用具有了实际意义。对于ISM波段的通信机来说,只要功率谱及带外辐射满足要求,使用者无须向无线电管理部门申请使用许可证,提高了微波波段无线扩频技术的商业价值。扩频系统的特征及其分类著名的Shnaon公式指出：在白噪声干扰条件下，通信系统的信道容量为其中B为信道带宽(Hz),S为信号平均功率(W),N为噪声平均功率(W)。若白噪声功率谱密度为N0，则对于干扰环境中的典型情况,S/N1,应用幂级数展开,则可得这说明:对于一个给定的信道容量而言,既可用增大信道带宽同时相应降低信噪比的办法达到,又可以用减小信道带宽同时相应增大信噪比的办法来实现,也就是说信道容量可以利用信道带宽与信噪比的互换而保持不变。从理论上来讲,对于任意给定的信噪比,只要增加用于传输信息的带宽,就可以增加在信道中无误差地传输的信息速率。扩频系统的特征扩频技术是利用同欲传输数据(信息)无关的码对被传输的信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽,在接收机中利用同一码进行相关接收9和恢复数据。扩频系统具有以下特点:1.由于扩频信号的不可预测性,扩频系统具有很高的抗干扰能力。在接收端对扩频信号进行相关处理,所需信号经过相关处理变为窄带信号,而干扰信号由于与扩频码不相关而被扩展到很宽的频带上,使得进入信号通频带内的干扰功率大大降低,相应地增加了相关器输出端的信号/干扰比,因而具有很强的抗干扰能力。2.扩频通信系统具有良好的码分多址(CDMA)通信能力。不同的用户可以选择不同的伪随机序列作为地址码,这样多个用户就可以共用同一频段,提高了频谱利用率。3.扩频通信系统具有低截获概率性。扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围,以致于被传输的信号功率很低,侦察接收机难以检测到被传输的信号。4.扩频通信系统具有很高的保密性。扩频信号是进行相关接收的,想要接收扩频信号就必须知道其伪随机码(或跳频图案),所以当扩频系统的用户在进行通信,旁人无法窃听其通信,因而具有极高的保密性。5.扩频系统由于占用很宽的频段,而且接收机采用相关处理,对同步的要求很严格,系统复杂性提高。扩频系统的基本类型扩频系统有以下几种基本类型:1.直接序列扩频(DS):将要发送的信息用伪随机码序列扩展到一个很宽的频带上,在接收端用同样的伪随机码序列来进行相关接收,恢复信号，PL2000就是一个基于直接序列扩频的通信芯片。2.跳频(FH):跳频系统中的载频受一伪随机码序列的控制,不断、随机地跳变。接收端只有知道其跳频图案,才能正确接收。3.跳时(TH):跳时系统是用伪随机码序列去控制信号发送时刻及发送时间的长短,因为信号在时域被压缩,相应地在频域就得到了扩展。4.线性调频(chirp)系统：发射脉冲信号的载频在信息脉冲持续时间内作线性变化，其瞬时频率随时间变化，即信号载频从原来单一频率得到了扩展，系统获得处理增益，国外的INTELLON等就采用了这种通信方式。105.混合系统:各种扩频方式混合使用,如DS/FH,FH/TH,DS/FH/TH等。扩频序列的同步同步技术是扩频通信的关键技术，只有实现了同步，收发两端相关的信号在频率、相位上取得一致，整个系统才能正常地工作。扩频序列的同步过程包括两个阶段。第一阶段是搜捕阶段，接收机在扩频序列精确同步之前，首先搜索接收信号，使接收信号的扩频序列与本地扩频序列在相位上进入可同步保持的范围之内，即二者的相位在一个扩频序列码元之内。同步过程的第二个阶段为跟踪，它能够动态地调整本地伪码产生器地时钟速率，使本地伪码能够自动地和接收到信号的伪码保持精确的同步。扩频码的捕获（初始同步）：接收机在搜索同步的过程中，本地码序列发生器以不同于发射端的码速率工作，这就相当于两个码彼此“滑动”。若接收机码速率大于发射机码速率，则接收机码滑动超前，否则滞后。当两码序列重合时，滑动停止，完成捕获，转为正常码速，进入跟踪状态。具体的实现是这样的：由于所选用的扩频伪码具有很强的自相关性，所以经过检测本地伪码和接收序列之间的相关性，并判断其是否大于某个阈值，大于则停止伪码的滑动，完成捕获，进入跟踪状态。对芯片设置时的13到22位（CD9～CD0）即为这个阈值（在使用15位扩频码时，推荐使用0001000011，即0x43）。扩频码的跟踪（精确同步）：扩频序列的捕获完成后，本地伪码序列和接收伪码序列相位取得了大致的一致，但还存在一定的误差。另外，由于接收机中噪声的影响、信道传输时延的变化、扩频伪码时钟频率的漂移等原因，将会使两个序列的相位之间又出现偏差。为了使接收机的扩频序列能自动地和接收到信号的伪码保持精确的同步，就必须有扩频序列的跟踪电路。11图：m序列的自相关性PL2000中的跟踪采用的是采用数字信号处理技术的全数字基带延迟锁定环（DelayLockedLoop）电路。如上图所示，黑色实线表示本地伪码和接收伪码的相关性，红色实线和绿色实线分别表示比本地伪码超前和滞后半个时钟周期的伪码和接收伪码的相关性。本地伪码和接收伪码的同步点即为黑色实线三角形的