一種高度集成化的電力線載波通信芯片的制作方法
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【技術領域】，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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3）OFDM數字信號處理器；4）控制模塊：電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5）系統總線：數據總線和地址總線。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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力線通信【技術領域】，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】
[0002]電力載波通信是電力系統特有的數據通信方式，指利用現有電力線，把信號調制在50Hz或者60Hz工頻上的技術。電力公司利用現有低壓電力線供電網絡作為載波電能表數據通訊網絡，通過集中器把載波電能表組成數據傳輸局域網，再通過高壓載波電力線形成電力公司的專用計算機網絡，實現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絡這一得天獨厚的條件，所以電力載波通訊網絡將是“智能電網”建設計劃良好的基礎選擇，具有廣闊的市場空間。
[0003]電力載波具有組網快、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)現場控制、樓宇自動化等領域具有廣闊的前景。但由于電力線最初不是為了通信而設計的，存在工作環(huán)境不穩(wěn)定、負荷時大時小、線網拓撲結構復雜等固有劣勢，造成電力載波噪聲干擾強，信道衰減大，信道延時等不利于數據傳輸的特點，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，其基礎功能是使得在電力線上的用電器能夠實現雙向通信，以達到用電器的測量、傳感、控制等智能化目標。
實用新型內容
[0005]針對現有技術中存在的缺陷或不足，本實用新型所要解決的技術問題是:為電力線電能表遠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技術設計，單片集成度高，所需外圍電路少，解決現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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3)0FDM數字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統總線:數據總線和地址總線。
[0007]本實用新型集成了數字信號處理器。數字信號處理器用來發(fā)送或者接收數據并對數據進行OFDM調制解調后送微處理器運算。
[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，包括控制數據的發(fā)送和接收，設置芯片的工作頻率和輸出數據的處理結果。
[0009]本實用新型集成了模數轉換和數模轉換模塊。模數轉換模塊用于把在電力線上接收到的模擬信號轉換成本實用新型能夠識別的數字信號。數模轉換模塊用于把調制后的數字信號轉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制后的模擬信號的功率，增強信號傳輸能力。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，OFDM載波的調制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:IO-1OOkbps。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，OFDM載波允許同時發(fā)送接收最大頻道數為18，接收靈敏度0.2uV。
[0015]作為本實用新型的進一步改進，在調制模式下，輸入數據位數為10位，經過卷積編碼、交織編碼、QPSK調制、添加導頻、降PAPR矩陣變換、傅里葉逆變換、插入循環(huán)前后綴，最終輸出數據位數為640位。
[0016]作為本實用新型的進一步改進，在解調模式下，輸入數據位數為640位，經過刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導頻、QPSK解調、信道解交織和Viterbi譯碼，最終輸出數據位數為10位。
[0017]作為本實用新型的進一步改進，所述Flash芯片為16k Flash。
[0018]作為本實用新型的進一步改進，所述SRAM芯片為4k SRAM。
[0019]作為本實用新型的進一步改進，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一步理解，構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，并不構成對本實用新型的不當限定。
[0022]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型的原理框圖；
[0024]圖3是數據調制解調的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0026]圖1是本實用新型的結構示意圖，也是本實用新型的功能示意圖所示，其包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數字信號處理器，微處理器，數模轉換電路，調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過外圍電路處理進入本實用新型進行解調。信號首先進行低通濾波，然后依次進行自動增益控制，模數轉換和解調。要發(fā)送的數字信號先送入數字信號處理器進行調制，然后依次經過數模轉換、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。是本實用新型內部的詳細結構。包括電源控制，復位，時鐘發(fā)生器，32位RISC處理器，IO控制器，數字信號處理器，實時時鐘，4K SRAM，16KFlash,低通濾波器，自動增益控制，模數轉換，數模轉換，功率放大器，數據總線和地址總線。其中，電源控制模塊負責本實用新型核心和IO 口的供電；復位模塊執(zhí)行本實用新型的復位操作；時鐘發(fā)生器提供本實用新型工作的基準時鐘和運算頻率；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；SRAM是本實用新型工作時的內存，用來保存運算過程中的臨時數據；Flash用來存儲用戶數據和記錄本實用新型的配置和工作狀態(tài)；數據和地址總線用于各模塊之間數據字和控制字的傳送。
[0028]圖3是數字信號處理器進行數據調制解調的流程圖。數據進入數字信號處理器進行調制，會首先經過卷積和交織編碼，通過增加冗余來確保通信的可靠性。之后通過QPSK調制將子載波轉換成載波幅度和相位的映射。之后通過添加導頻和降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。之后進行傅里葉逆變換，將數據的頻譜表達式變換到時域上，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。數據解調是調制的逆過程，包括刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導頻、QPSK解調、信道解交織和Viterbi 譯碼。
[0029]本實用新型采用OFDM正交頻分復用調制，本實用新型技術參數要求:調試方式:0FDM。調制中心頻率: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: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]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認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【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3) OFDM數字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統總線:數據總線和地址總線。
2.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM載波的調制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:10_100kbps。
3.根據權利要求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)送接收最大頻道數為18，接收靈敏度0.2uV。
4.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數字信號處理器的輸入數據位數為10位，輸出數據位數為640位。
5.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數字信號處理器的輸入數據位數為640位，輸出數據位數為10位。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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)大學深圳研究生院
【專利摘要】本實用新型涉及電力線通信【技術領域】，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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3）OFDM數字信號處理器；4）控制模塊：電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5）系統總線：數據總線和地址總線。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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力線通信【技術領域】，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】
[0002]電力載波通信是電力系統特有的數據通信方式，指利用現有電力線，把信號調制在50Hz或者60Hz工頻上的技術。電力公司利用現有低壓電力線供電網絡作為載波電能表數據通訊網絡，通過集中器把載波電能表組成數據傳輸局域網，再通過高壓載波電力線形成電力公司的專用計算機網絡，實現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絡這一得天獨厚的條件，所以電力載波通訊網絡將是“智能電網”建設計劃良好的基礎選擇，具有廣闊的市場空間。
[0003]電力載波具有組網快、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)現場控制、樓宇自動化等領域具有廣闊的前景。但由于電力線最初不是為了通信而設計的，存在工作環(huán)境不穩(wěn)定、負荷時大時小、線網拓撲結構復雜等固有劣勢，造成電力載波噪聲干擾強，信道衰減大，信道延時等不利于數據傳輸的特點，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，其基礎功能是使得在電力線上的用電器能夠實現雙向通信，以達到用電器的測量、傳感、控制等智能化目標。
實用新型內容
[0005]針對現有技術中存在的缺陷或不足，本實用新型所要解決的技術問題是:為電力線電能表遠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技術設計，單片集成度高，所需外圍電路少，解決現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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3)0FDM數字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統總線:數據總線和地址總線。
[0007]本實用新型集成了數字信號處理器。數字信號處理器用來發(fā)送或者接收數據并對數據進行OFDM調制解調后送微處理器運算。
[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，包括控制數據的發(fā)送和接收，設置芯片的工作頻率和輸出數據的處理結果。
[0009]本實用新型集成了模數轉換和數模轉換模塊。模數轉換模塊用于把在電力線上接收到的模擬信號轉換成本實用新型能夠識別的數字信號。數模轉換模塊用于把調制后的數字信號轉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制后的模擬信號的功率，增強信號傳輸能力。
[0013]作為本實用新型的進一步改進，OFDM載波的調制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:IO-1OOkbps。
[0014]作為本實用新型的進一步改進，OFDM載波允許同時發(fā)送接收最大頻道數為18，接收靈敏度0.2uV。
[0015]作為本實用新型的進一步改進，在調制模式下，輸入數據位數為10位，經過卷積編碼、交織編碼、QPSK調制、添加導頻、降PAPR矩陣變換、傅里葉逆變換、插入循環(huán)前后綴，最終輸出數據位數為640位。
[0016]作為本實用新型的進一步改進，在解調模式下，輸入數據位數為640位，經過刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導頻、QPSK解調、信道解交織和Viterbi譯碼，最終輸出數據位數為10位。
[0017]作為本實用新型的進一步改進，所述Flash芯片為16k Flash。
[0018]作為本實用新型的進一步改進，所述SRAM芯片為4k SRAM。
[0019]作為本實用新型的進一步改進，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一步理解，構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，并不構成對本實用新型的不當限定。
[0022]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0023]圖2是本實用新型的原理框圖；
[0024]圖3是數據調制解調的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合【專利附圖】
【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0026]圖1是本實用新型的結構示意圖，也是本實用新型的功能示意圖所示，其包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數字信號處理器，微處理器，數模轉換電路，調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過外圍電路處理進入本實用新型進行解調。信號首先進行低通濾波，然后依次進行自動增益控制，模數轉換和解調。要發(fā)送的數字信號先送入數字信號處理器進行調制，然后依次經過數模轉換、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。是本實用新型內部的詳細結構。包括電源控制，復位，時鐘發(fā)生器，32位RISC處理器，IO控制器，數字信號處理器，實時時鐘，4K SRAM，16KFlash,低通濾波器，自動增益控制，模數轉換，數模轉換，功率放大器，數據總線和地址總線。其中，電源控制模塊負責本實用新型核心和IO 口的供電；復位模塊執(zhí)行本實用新型的復位操作；時鐘發(fā)生器提供本實用新型工作的基準時鐘和運算頻率；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；SRAM是本實用新型工作時的內存，用來保存運算過程中的臨時數據；Flash用來存儲用戶數據和記錄本實用新型的配置和工作狀態(tài)；數據和地址總線用于各模塊之間數據字和控制字的傳送。
[0028]圖3是數字信號處理器進行數據調制解調的流程圖。數據進入數字信號處理器進行調制，會首先經過卷積和交織編碼，通過增加冗余來確保通信的可靠性。之后通過QPSK調制將子載波轉換成載波幅度和相位的映射。之后通過添加導頻和降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。之后進行傅里葉逆變換，將數據的頻譜表達式變換到時域上，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。數據解調是調制的逆過程，包括刪除循環(huán)前后綴、傅里葉變換、降PAPR逆矩陣變換、移除導頻、QPSK解調、信道解交織和Viterbi 譯碼。
[0029]本實用新型采用OFDM正交頻分復用調制，本實用新型技術參數要求:調試方式:0FDM。調制中心頻率: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: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]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認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【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
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，包括解調低通濾波電路，自動增益控制電路，模數轉換電路，數模轉換電路，調制低通濾波電路及功率放大電路；3) OFDM數字信號處理器；4)控制模塊:電源控制器、復位器、時鐘發(fā)生器、IO控制器，5)系統總線:數據總線和地址總線。
2.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM載波的調制中心頻率:50K-500Khz，帶寬:40-60KHz，載波傳輸速率:10_100kbps。
3.根據權利要求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)送接收最大頻道數為18，接收靈敏度0.2uV。
4.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數字信號處理器的輸入數據位數為10位，輸出數據位數為640位。
5.根據權利要求1所述高度集成化的電力線載波通信芯片，其特征在于:0FDM數字信號處理器的輸入數據位數為640位，輸出數據位數為10位。
6.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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)大學深圳研究生院
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