專利名稱：電源線計(jì)算機(jī)組網(wǎng)數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種計(jì)算機(jī)通信接口裝置，特別是一種能夠使計(jì)算機(jī)通過照明電源線傳輸數(shù)據(jù)的通信接口處理機(jī)。
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的問世，單機(jī)局部自動(dòng)化已向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。然而組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的諸如基帶以太網(wǎng)、寬帶計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，都必須采用同軸電纜或光纜作介質(zhì)傳輸信息，在計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)必須在原有建筑物上敷設(shè)電纜，須對(duì)原有建筑物施行一定的破壞，而對(duì)于裝修豪華的建筑來說損失就更為嚴(yán)重，并造成介質(zhì)材料和人力的浪費(fèi)。
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種能夠利用電源線作介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)通信接口處理機(jī)。
本發(fā)明是由以下方案實(shí)現(xiàn)的通信接口處理機(jī)包含有耦合濾波器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、載波檢測電路、解調(diào)器、整形消噪電路、解碼電路、編碼電路、調(diào)制器、功效電路和延時(shí)電路。耦合濾波器與收發(fā)轉(zhuǎn)換器相聯(lián)接，收發(fā)轉(zhuǎn)換器的另一端與信號(hào)放大器輸入端相聯(lián)，信號(hào)放大器輸出端同時(shí)與載波檢測電路的輸入端和解調(diào)器的輸入端相聯(lián)，載波檢測電路的輸出端向MAC層輸出載波信號(hào)DCD，解調(diào)器的輸出端與數(shù)據(jù)整形消噪電路輸入端相聯(lián)接，數(shù)據(jù)整形消噪電路的輸出送至解碼電路，解碼電路的輸出RD信號(hào)送至MAC層。另外來自MAC層的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸出TD輸入編碼電路的輸入端，編碼電路的輸出送至調(diào)制器的輸入端，調(diào)制器的輸出端與功效電路的輸入端相聯(lián)，功放電路的輸出經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)耦合濾波器將載頻信號(hào)送至介質(zhì)層，調(diào)制器又與延時(shí)電路相聯(lián)，延時(shí)電路給MAC層提供CTS信號(hào)。
當(dāng)需要向介質(zhì)層發(fā)送信號(hào)時(shí)，來自MAC層的RTS信號(hào)處于高電平有效，此時(shí)通信接口處理機(jī)的發(fā)送通道被打開，收發(fā)轉(zhuǎn)換器處于發(fā)送狀態(tài)，調(diào)制器被打開，接收通道被關(guān)閉，解調(diào)器被關(guān)閉。首先來自MAC層的數(shù)字信號(hào)TD經(jīng)編碼電路編碼，然后送至調(diào)制器調(diào)制成已調(diào)波信號(hào)(載頻fO)，再送至功放電路放大，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過耦合濾波器將已調(diào)波載波波信號(hào)(載頻fO)發(fā)送至介質(zhì)層，以便接收站的載波檢測電路提前開始工作。在RTS信號(hào)有效后，由延時(shí)電路延時(shí)幾毫秒給MAC層提供一個(gè)應(yīng)答信號(hào)CTS，待CTS有效后MAC層再將數(shù)據(jù)流編碼送至調(diào)制器調(diào)制成已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)過功放電路傳輸給收發(fā)轉(zhuǎn)換器，再送至耦合濾波器，然后發(fā)送介質(zhì)層。
當(dāng)MAC層不需要發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，RTS信號(hào)處于低電平，此時(shí)通信接口處理機(jī)的接收通道被打開，收發(fā)轉(zhuǎn)換器處于接收狀態(tài)，解調(diào)器被打開，發(fā)送通道被關(guān)閉，調(diào)制器被關(guān)閉，介質(zhì)層信道上的載波信號(hào)或已調(diào)波信號(hào)，通過耦合濾波器抑制信道上的噪聲干擾，然后經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換器送至信號(hào)放大器，再經(jīng)過解調(diào)器進(jìn)行CP-FSK解調(diào)，最后經(jīng)數(shù)據(jù)整形消噪電路整形為方波，再通過解碼電路解碼，將數(shù)據(jù)流信號(hào)傳輸給MAC層。
附

圖1為數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)的原理框圖附圖2為耦合濾波器的電路原理圖附圖3為解調(diào)器的電路原理圖附圖4為數(shù)據(jù)整形消噪電路的原理圖附圖5為載波檢測電路的電路原理圖附圖6為調(diào)制器的電路原理圖下面結(jié)合附圖對(duì)數(shù)據(jù)通信處理機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)描述1.耦合濾波器如圖2所示，在中頻變壓器B1的初級(jí)一側(cè)的端點(diǎn)4串聯(lián)有無極性耦合電容C21和可調(diào)電感L21，另一端點(diǎn)6串聯(lián)有無極性耦合電容C22和可調(diào)電感L22，C21、C22的電容量選為10-7～10-8數(shù)量級(jí)，使其對(duì)載頻呈低阻抗，而對(duì)50Hz呈高阻抗，以隔離220V交流電流，中頻變壓器B1再次隔離220V交流電流，同時(shí)耦合載頻信號(hào)。電容C21、C22、可調(diào)電感L21、L22和變壓器B1的初級(jí)線圈的串聯(lián)構(gòu)成對(duì)載頻信號(hào)諧振的串聯(lián)諧振回路。在變壓器B1的次級(jí)端點(diǎn)1和3之間并聯(lián)一電容C23，相對(duì)載頻信號(hào)構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。
2.收發(fā)轉(zhuǎn)換電路晶體管開關(guān)在RTS信號(hào)控制下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的轉(zhuǎn)換，達(dá)達(dá)到調(diào)制器與解調(diào)器在數(shù)據(jù)發(fā)送與接收時(shí)共用耦合濾波電路的目的。
3.信號(hào)放大電路它將經(jīng)過耦合濾波電路接收的已調(diào)波信號(hào)放大到一定的電平，提供給解調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)。
4.解調(diào)器如圖3所示，F(xiàn)sK解調(diào)器接收經(jīng)耦合濾波器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器和信號(hào)放大器的已調(diào)CP-FsK信號(hào)，經(jīng)解調(diào)處理，輸出基帶波形。該解調(diào)器采用CMOS鎖相環(huán)電路，它含有壓控振蕩器VCO、鑒相器PD和源極跟隨器SF。CMOS鎖相環(huán)電路的2腳與地之間串聯(lián)有電阻R33、電阻R34和電容C31，3腳與4腳短接，5腳為控制端，接收來自MAC層的RTS信號(hào)，RTS為低電平時(shí)有效，6腳與7腳間串聯(lián)電阻C30，8腳接地，9腳接于電阻R33與電阻R34之間，10腳與地之間并聯(lián)有電阻R35和電阻R36、電容C33兩條支路，電阻R36與與電容C33串聯(lián)的結(jié)點(diǎn)為解調(diào)器的輸出端，11腳與地之間串聯(lián)有電阻R31和可變電阻W31，12腳與地之間串聯(lián)有電阻R32和可變電阻W32，14腳為FSK信號(hào)的輸入端，16腳接+5V電源。其中的C30(R31+W31)決定壓控振蕩器VCO的解調(diào)中心頻率，C30(R32+W32)決定壓控振蕩器的頻率捕捉范圍，控制端5腳輸入高電平或低電平確定解調(diào)器的工作狀態(tài)，F(xiàn)SK載頻信號(hào)輸入和VCO的輸出送至鑒相器PD進(jìn)行相位比較，其輸出經(jīng)由電阻R33、R34和電容C31組成的低通濾波器，便得到反應(yīng)載頻FSK輸入頻差的解調(diào)基帶信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由受控制端控制的源極跟隨器SF，最后由電阻R35、R36和電容C33組成的輸出電路輸出解調(diào)信號(hào)波形，輸出fs基帶數(shù)字信號(hào)。
5.整形消噪電路與解碼電路如圖4所示，該電路由三部分組成整形電路、消噪電路和解碼電路，解調(diào)器輸出的數(shù)字信號(hào)fs，首先經(jīng)整形電路〔41〕進(jìn)行方波整形，整形后輸出數(shù)字信號(hào)fin，數(shù)字信號(hào)fin再輸入消噪電路，信號(hào)fin首先輸入兩個(gè)單穩(wěn)觸發(fā)電路〔42〕、〔43〕和D觸發(fā)器〔44〕的D端，單穩(wěn)觸發(fā)電路〔42〕為前沿觸發(fā)，〔43〕為后沿觸發(fā)，兩個(gè)單穩(wěn)觸發(fā)電路的輸出同時(shí)作為或非門的輸入，或非門〔45〕的輸出作為D觸發(fā)器〔44〕的CP脈沖輸入，D觸發(fā)器〔44〕的輸出fout即消除了噪聲，輸出經(jīng)解碼電路〔46〕進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將TTL電平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS-232-C電平，轉(zhuǎn)換為MAC層可接收的解碼數(shù)據(jù)。
6.載波檢測電路如圖5所示，載波檢測電路的功能是將介質(zhì)中正在發(fā)送的載頻信號(hào)檢測出來，給MAC層一個(gè)DCD信號(hào)。在載波檢測電路的輸入端與結(jié)結(jié)點(diǎn)A之間串聯(lián)有電容C50、電阻R50，在結(jié)點(diǎn)A與B之間并聯(lián)有反相器G51和電阻R51，在結(jié)點(diǎn)B、C、D、E和f之間分別串聯(lián)有二極管D51、反相器G52電阻R54和反相器G53，在結(jié)點(diǎn)C與地之間并聯(lián)有電阻R53和電容C53，在E與地之間串聯(lián)有電容C54。載頻信號(hào)經(jīng)電容C50、電阻R50輸入到一極反相隔離放大器G51中，隔離放大器G51的作用是減輕對(duì)前級(jí)的影響，將載頻信號(hào)的包絡(luò)檢測出來，經(jīng)二極管D51送入整形反相器G52，經(jīng)G52整形后的信號(hào)送入電阻R54、電容C54組成的抗干擾延時(shí)電路，由于電阻R54、電容C54的放電時(shí)間常數(shù)較脈沖性噪聲寬度大得多，所以當(dāng)脈沖性噪聲輸出時(shí)，在C54上的放電電壓不足以使G53翻轉(zhuǎn)，因而具有抗脈沖噪聲能力。而對(duì)于調(diào)頻信號(hào)輸入時(shí)，由于在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中調(diào)頻信號(hào)都一直存在，所以G53能夠一直可靠地工作，由f端給MAC層輸出DCD信號(hào)。
7.調(diào)制器如圖6所示，調(diào)制器由CMOS集成電路CD 4046構(gòu)成，其功能是將來自編碼電路的信號(hào)調(diào)制成已調(diào)波信號(hào)。9腳為基帶信號(hào)輸入端，5腳為壓控振蕩器VCO工作狀態(tài)或禁止工作狀態(tài)控制端，控制信號(hào)為來自MAC層的RTS信號(hào)。6腳與7腳之間聯(lián)接電容C60，8腳接地，3腳與4腳短接，11腳與地之間串接電阻R61和可變電阻W61，12腳與地之間串聯(lián)電阻R62和可變電阻W62，16腳接+5VVD電源。在此，CMOS集成電路CD 4046所起的作用為壓控振蕩器VCO，其功能在于由基帶數(shù)字信號(hào)來控制壓控振蕩器VCO的輸出，改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)制的目的。壓控振蕩器為RC振蕩器，中心頻率fo＝200KHz，最大頻率偏移量△fo＝200Hz，電路中的電容C60和電阻R62為壓控振蕩器VCD的振蕩頻率控制元件，決定壓控振蕩器VCO的中心頻率fo，電阻R61和可變電阻W61決定最大頻率偏移量△f值。
8.編碼電路它將MAC層提供的RS-232-C電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為通信接口處理機(jī)調(diào)制所需的TTL電平數(shù)據(jù)。
該通信接口處理機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡單方便，經(jīng)濟(jì)可靠，速率可達(dá)1.2Kbit/S，在一個(gè)電力變壓器照明供電范圍內(nèi)(≤1公里)，計(jì)算機(jī)與接入的電源插座位置無關(guān)，工作站可以以CSMA方式共享介質(zhì)，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)于脈沖噪聲的抵御能力強(qiáng)，誤碼率優(yōu)于10-5可在一個(gè)電力變壓器范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)16個(gè)以內(nèi)的工作站聯(lián)網(wǎng)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)，其特征在于包含有耦合濾波器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、載波檢測電路、解調(diào)器、數(shù)據(jù)整形消噪電路、解碼電路、編碼電路、調(diào)制器、功放電路和延時(shí)電路，耦合濾波器與收發(fā)轉(zhuǎn)換器相聯(lián)接，收發(fā)轉(zhuǎn)換器的另一端與信號(hào)放大器輸入端相聯(lián)，信號(hào)放大器輸端出同時(shí)與載波檢測電路和解調(diào)器的輸入端相連，載波檢測電路向MAC層輸出載波信號(hào)DCD，解調(diào)器的輸出端與數(shù)據(jù)整形消噪電路的輸入端相連接，數(shù)據(jù)整形電路的輸出送至解碼電路，解碼電路的輸出信號(hào)RD送至MAC層，MAC層的數(shù)據(jù)輸出TD輸入編碼電路的輸入端，編碼電路和輸出送至調(diào)制器調(diào)制，再送至功放電路，功放電路的輸出經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換電路，再經(jīng)耦合濾波器將載頻信號(hào)送至介質(zhì)層，調(diào)制器與延時(shí)電路聯(lián)接，延時(shí)電路給MAC提供CTS信號(hào)，使MAC層在RTS為高電平有效后，延時(shí)幾毫秒輸出數(shù)據(jù)流信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)，其特征在于其其耦合濾波電路，在中頻變壓器B1的初級(jí)一側(cè)的端點(diǎn)4串聯(lián)有無極性耦合電容C21可調(diào)電感L21，另一端點(diǎn)6串聯(lián)有無極性耦合電容C22和可調(diào)電感L22，在變壓器的次極端點(diǎn)1、3之間并聯(lián)一電容C23;
3.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)，其特征在于解調(diào)器采用CMOS鎖相環(huán)電路，它含有壓控振蕩器VCO、鑒相器PD和源極跟隨器SF，CMOS鎖相環(huán)電路的2腳與地之間串聯(lián)有電阻R33、電阻R34和電容C31，3腳與4腳短接，5腳為控制端，接收來自MAC層的RTS信號(hào)，6腳與7腳間串聯(lián)電阻C30，8腳接地，9腳接于電阻R33與電阻R34之間，10腳與地之間并聯(lián)有電阻R35和電阻R36、電容C33兩條支路。電阻R36與電容C33串聯(lián)的結(jié)點(diǎn)為解調(diào)器的輸出端，11腳與地之間串聯(lián)有電阻R32和可變電阻W32，12腳與地之間串聯(lián)有電阻R31和可變電阻W31，14腳為FSK信號(hào)的輸入端，16腳接+5V電源;
4.按照權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)，其特征在于載波檢測電路，其輸入端與結(jié)點(diǎn)A之間串聯(lián)有電容C50、電阻R50，在結(jié)點(diǎn)A與B之間并聯(lián)反相器G51和電阻R51，在結(jié)點(diǎn)B、C、D、E和f之間分別串聯(lián)有二極管D51、反相器G52、電阻R54和反相器G53、在結(jié)點(diǎn)C與地之間并聯(lián)有電阻R53和電容C53，在E與地之間串聯(lián)有電容C54;
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的數(shù)據(jù)通信接口處理機(jī)，其特征在于調(diào)制器，其電路中的壓控振蕩器VCO由CMOS集成電路CD4046構(gòu)成，其中9腳為基帶信號(hào)輸入端，2腳為CP-FSK信號(hào)的輸出端，5腳為壓控振蕩器VCO工作狀態(tài)或禁止工作狀態(tài)控制端，控制信號(hào)為來自MAC層的RTS信號(hào)，6腳與7腳之間聯(lián)接電容C60，8腳接地，3腳與4腳短接，11腳與地之間串接一電阻R61、可變電阻W61，12腳與地之間串聯(lián)電阻R62、可變電阻W62，16腳接+5V電源。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種能夠利用電源線作介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)通信接口處理機(jī)，它包括耦合濾波器、收發(fā)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、載波檢測電路、解調(diào)器、整形消噪電路、解碼電路、編碼電路、調(diào)制電路、功放電路和延時(shí)電路。該機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單方便，經(jīng)濟(jì)可靠，速率可達(dá)1.2kbit/s，在一個(gè)電力變壓器照明供電范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)與接入的電源插座位置無關(guān)、工作站可以以CSMA方式共享介質(zhì)，抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率優(yōu)于10
文檔編號(hào)G06F13/38GK1072516SQ9210998
公開日1993年5月26日 申請(qǐng)日期1992年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月19日
發(fā)明者王光興, 王越先, 張振川 申請(qǐng)人:東北工學(xué)院