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青岛东软电脑技术有限公司新型载波收发电路设计说明Version：1.71青岛东软电脑技术有限公司2008年12月12日青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明概述随着市场对载波通信产品的要求也越来越高，我们也在不断的提升我们产品的质量和性能，经过多年的使用和验证，发现以前的载波通信电路存在一定可以提高的地方，经过长时间的研究和试验，我们开发出了一套新的载波收发电路，这套电路在解决目前发现的部分问题的同时，还提升了产品的性能、质量和可靠性。这次改进主要解决的问题有以下几个：1、提高通信能力，包括发送能力和接收能力；2、将温度系数很差的高压瓷片电容换成性能更优的安规电容；3、将耐压低的中周换成高耐压的信号耦合变压器，使强、弱电之间的耐压能达到工频4kV，冲击6kV；4、将容易损坏的放大三极管2SD1782K-R更换为MOSFET；5、彻底解决自激问题；6、解决存在疑点的三极管基极处的负电压问题；7、扩大整个载波电路的工作电压范围和电源功率范围；8、更加合理的分配各个载波节点的输入、输出阻抗；9、加入功率控制，使低电压试验更容易通过；10、优化AFE3361的外围电路，提升接收灵敏度；因为考虑到输入阻抗的分配、各个设备电源系统的不同、成本的控制等问题，所以没能把所有载波通信产品的载波通信电路统一，就目前的产品大致分了四类，这四类的载波通信电路略微有些差别，但大体的思路是一致的，这四类有单相表、三相表、RS485采集器和集中器，（载波小板的原理与三相表的一致，电力线Modem和路由版的原理与集中器的一致），下面就这四类电路分别进行说明。1青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明一、单相表载波通信电路1.1单相表信号耦合电路LNF81P6KE22CAC810.15uF/310VACGND31456T1CiHuan-500uH1:1TxRx信号耦合电路采用高通滤波器形式，需要说明的是：1.1.1安规电容要求电容C81采用长寿命、高性能的安规电容，因为安规电容存在寿命问题，随着使用时间的推移，容量会变得越来越小，若容量小于10nF将导致耦合电路失效，而市面上存在很多兼容的安规电容，其中大多数是国产品牌，而能保证质量和使用寿命的又很少，所以在考虑到产品质量的前提下，不建议随意采购这颗电容，推荐OKAYA、优普或更好品牌的0.15uF/310VAC、0.15uF/305VAC、0.15uF/300VAC的安规电容；1.1.2信号耦合变压器要求信号耦合变压器中磁芯的材质是很关键的，直接影响到通信效果，它的参数不仅是电感量，还有漏磁、损耗等一些参数，所以推荐使用越峰电子材料股份有限公司（）生产的型号为A102的磁芯（或具不低于其特性的磁芯，A102的特性详见附录四和附录五），尺寸：10*6*5（即外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米），绕线采用直径0.3mm的高绝缘强度漆包线，两个绕组各绕12圈，绕制完成后浸漆，等漆干后再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量500uH±30%；注意：因为信号耦合变压器的强-弱电之间的管脚间距已经小到极限，所以不允许在信号耦合变压器下面有任何走线。1.1.3、TVS管P6KE22CA起到消除瞬间冲击电压的作用，保护内部电路；1.2单相表信号功率放大电路SSCoutL510uH/1.2AC3533nFR72.2kC3133nFR80.22kGNDTS5SS12TxRxR11R0/1WR21R0/1WV-Send12Nch3456PchV1US6M2这部分电路的作用是把SSCout的5VTTL电平的信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行滤波，昀后输入的是标准的正弦波信号，需要说明的有以下几点：1.2.1稳压二极管要求TS5是一颗20V的肖特基稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性，用到而是它的正向导通电压低的特点，来保护P沟道的MOS管，考虑到产品的可靠2青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明性，推荐这颗稳压二极管选用1N5817或SS12，或具有更低正向导通电压的二极管。注意：不允许使用1N4148、1N4007等正向导通电压较高的二极管！更不允许省掉！否则会损伤MOS管！1.2.2电阻R8说明电阻R8/0.22k在这里起到保护载波芯片的作用，因为载波芯片采用的是MOSFET工艺，不推荐驱动容性负载，而这套放大电路的输入是容性的，所以在这里串联一颗0.22k的电阻来保护载波芯片；1.2.3双MOS管US6M2说明US6M2内部具有一颗P沟道的MOS管和一颗N沟道的MOS管，P沟道的耐流为1A，N沟道的耐流为1.5A，这就使整个载波电路的耐流为1A，所以供给这个放大电路的电源的功率不能太大，假如电源能提供的功率非常大，当外界的阻抗很小时，就会有很大的电流流过US6M2这颗器件，当超过它的额定值时，有可能会把US6M2烧掉，所以推荐载波通信电路采用变压器供电，不考虑其它电路的要求，载波部分对变压器的具体参数要求如下：序号参数名称测试端技术要求(AC)测试条件1空载电流原边输入≤5mAIN：220V/50(60)Hz2空载电压输出端13V±2VIN：220V/50(60)Hz3负载电压输出端10V±2VIN：220V/50(60)Hz4输出功率输出端2.5VA±0.5VAIN：220V/50(60)Hz5抗电强度原边-副边不击穿AC4.0kV/1mA/1min6440V耐压原边输入4小时不烧毁440V/50Hz注：○1、输出电流参数可以通过所设计变压器的输出功率与电压的比值获得；○2、以上只是载波部分对变压器的要求，还需根据实际情况重新设计；○3、当采用变压器的功率参数超过上述值时，就要考虑把US6M2换成SP8M3，同时把输出功率控制部分的2SB1132T100R换成2SB1188T100R。○4、我们公司所用单相表变压器的详细参数请参见附录一；1.2.4、对于电容C31/33nF，因为这个放大电路的输出功率比较大，建议采用0805封装，耐压不小于50V的贴片电容，如有条件可以考虑换成性能更可靠的其他电容；1.2.5、对于电感L5/10uH，要求耐持续电流不小于1.2A；1.2.6、关于电阻R1和R2的说明当变压器的功率小于2.5VA(满载电压小于等于10VAC)时，这两个电阻可以省略掉；当变压器的功率大于等于2.5VA(满载电压小于等于10VAC)时，这两个电阻需要保留；对于采用3个或2个变压器供电的三相电表来说，因为变压器加起来的功率比较大，所以这两个电阻需要保留。3青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明1.3单相表输出功率控制电路+15VC100.1uFR610kGNDC20100uF/35VV22SB1132T100RR3015kR313kV-Send这部分电路所起的作用是当15V电源电压被拉低到7V左右的时候控制其输出电流，保证15V电源不被下拉得低于6.5V，从而整个系统正常工作，其昀突出的有点是可以很好的保证低电压试验能够通过；另外，可以调整R30的电阻值来控制输出电流，从而起到既限压、又限流的作用。需要说明的是：1.3.1、PNP三极管2SB1132T100R的耐持续电流不能小于1A；1.3.2、C20电容100uF/35V需要选用YXF系列的红宝石电容，在保证产品质量的前提下，容量不能小于100uF，耐压不小于35V；1.3.3、电容C10/0.1uF起到滤除电压高频噪声的作用，不能省掉；1.3.4、电阻R6/10k起到在做电磁兼容试压和在断电情况下泄放残留电压的作用，不能省掉；1.4单相表接收滤波电路C713.3nFL601mH/100mAL61100uH/100mAR600.62kC70330pFGNDTS61N4679TS71N4679FSKTxRx注意：在布PCB板时，接收滤波电路的电感（1mH和100uH）要远离185kHz滤波电路的电感（33uH），一般要求不小于15mm，否则会造成接收性能的下降！这部分电路起到对接收到信号进行滤波的作用，这里需要说明的有以下几点：1.4.1、TS6和TS7是2V的稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性，用到的是其正向导通压降，来把FSK信号钳位在一定的范围内，从而保护AFE3361；1.4.2、C70/330pF承受的电压比较高，要求其耐压不小于50V；1.4.3、因为插件电感不带磁屏蔽，所以会有漏磁现象，当电感与电感的距离紧挨着时，这种影响是很明显的，因此在布PCB板时，要求电感与电感之间留有一定的空隙，从而削弱这种影响，一般要求间距不小于5mm。4青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明1.5单相表AFE3361及其外围电路C2647uF/6.3V-B-KC26要靠近455C28C630.1uFC610.1uFC6010nFC620.1uFR6710kR642.2kVPLCGNDZ60455C28VPLCC650.1uFR652.2kC670.1uFVPLCR661MOSC11DCPL16DCPL27FILTIN10LIMIN5MIXIN16QUAD8SQLCH12FILTOUT11MIXOUT3OSC22RA9SCANCTL13AUDMUL14GND15VCC4D60AFE3361R6915kC6810nFGNDC663.3nFGNDC6922nFVPLCVPLCL6233uH/100mAR6810k21345Z61LT455BWFSKSSCin185kHzGND这个电路在以前电路的基础上作了部分更改，较以前电路修改了3个地方，分别是：1、增加了C26（47uF/6.3V）钽电容；2、C66由原来的1nF更改为3.3nF；3、R69由原来的2.2k更改为15k。通过以上三个地方的更改，使其接收的灵敏度更高，需要说明的有一下几点：1.5.1、C2647uF/6.3V-B-K钽电容的滤波效果直接影响到AFE3361的接收灵敏度，而市面上相同型号的电容琳琅满目，品质各不相同，所以在保证产品质量的前提下，不建议随意采购来替换该器件，推荐使用日本NCC（嘉美功）、美国KEMET(基美)或更好品质的钽电容；另外，不建议选用其他耐压值的钽电容，因为6.3V的钽电容在这里的滤波效果要更好一些；1.5.2、陶瓷滤波器LT455BW的带宽为30KHz；1.5.3、正交线圈455C28不建议随意采购，因为新的器件必须经过调试才能使用；注意：因为185kHz信号比较容易受到干扰，所以在布PCB板时，185kHz滤波电路的电感（L62/33uH）要远离接收滤波电路、信号耦合回路和发送电路，尤其是信号耦合线圈、接收滤波回路的电感一定要远离，一般要求间距不小于15mm，防止形成互感，干扰到185kHz信号，如果间距达不到要求，那么接收性能会下降！5青岛东软电脑技术有限公司QingdaoEastsoftComputerTechnologyCo.,Ltd新型载波收发电路设计说明二、三相表载波通信电路2.1三相表信号耦合电路请参见1.1单相表信号耦合电路。2.2三相表信号功率放大电路这部分电路的原理与单相表的原理相同，除变压器参数以外的详细说明请参见1.2单相表信号功率放大电路。因为三相表采用的是三个变压器，所以对于单个变压器的输出功率要求要小一些，不考虑其它电路的要求，载波部分对单个变压器的具体参数要求如下：序号参数名称测试端技术要求(AC)测试条件1空载电流原边输入≤5mAIN：220V/50(60)Hz2空载电压输出端13V±2VIN：2