多相电力线载波通信装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种多相电力线载波通信装置，所述装置与至少两相电力线对应相连的电力线耦合电路相连，所述装置包括：与每个所述电力线耦合电路对应相连的信号收发模块、与每个所述信号收发模块对应相连的调制解调器，以及与各所述调制解调器分别相连的用于根据通道工作参数协调控制各调制解调器的一个处理器。本实用新型所提供的多相电力线载波通信装置将多相电力线的载波通信通过一个处理器来实现，不仅完成了多相电力线通信的协调处理，实现了任意一相或多相电力线的实时通信，更重要的是提高了电力线载波通信装置的集成度，节省了芯片成本。
【专利说明】多相电力线载波通信装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力线载波通信技术，尤其涉及一种多相电力线载波通信装置。【背景技术】
[0002]随着电力线载波通信技术的广泛应用，电力线信道衰减大、干扰特性复杂和阻抗变化大等导致的电力线通信的可靠性和有效性不高的问题就成为亟需解决的问题。
[0003]现有技术常采用一种电力线载波通信装置，该装置包括电力线耦合器、信号处理模块及处理器组成，其中，电力耦合器将三相电力线的每一相转换为通信信号的上下电力线，并对进入装置的每一相电力线的信号进行阻抗匹配等处理，处理后将该信号传送至信号处理模块，由每相电力线的处理器控制信号处理模块对该相电力线中传输的信号进行放大、采样、解调和调制等处理，从而实现电力线通信的可靠和有效传输。
[0004]但是，现有技术中，为了实现多相电力线的实时通信，需要为多相电力线载波通信中每一相电力线都配置一个处理器，并需要在该装置外设置一个集中处理器，来协调各处理器对各相电力线载波通信的控制，从而导致电力线载波通信装置存在集成度低、复杂度高的问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供一种多相电力线载波通信装置，用于解决现有的电力线载波通信装置集成度低、复杂度高的问题。
[0006]本实用新型的第一个方面是提供一种多相电力线载波通信装置，所述装置与至少两相电力线对应相连的电力线耦合电路相连，所述装置包括:与每个所述电力线耦合电路对应相连的信号收发模块、与每个所述信号收发模块对应相连的调制解调器，以及与各所述调制解调器分别相连的用于根据通道工作参数协调控制各调制解调器的一个处理器。
[0007]如上所述的装置，每个所述信号收发模块包括信号接收通道和信号发送通道；
[0008]所述信号接收通道包括依次相连的低噪声放大器、电容、可编程放大器和模数转换器，所述低噪声放大器与对应相的所述电力线耦合电路相连，所述模数转换器与对应的所述调制解调器相连；
[0009]所述信号发送通道包括依次相连的功率放大器、低通滤波器和数模转换器，所述功率放大器与对应相的所述电力线耦合电路相连，所述数模转换器与对应的所述调制解调器相连。
[0010]如上所述的装置，所述低噪声放大器、所述可编程放大器和所述功率放大器均为增益可调的放大器。
[0011]如上所述的装置，所述信号接收通道中包括至少一个低噪声放大器，且各所述低噪声放大器串联连接。
[0012]如上所述的装置，所述信号接收通道中包括至少一个可编程放大器，且各所述可编程放大器串联连接。[0013]如上所述的装置，每个所述调制解调器包括:信号处理模块、状态控制模块和频率合成模块；
[0014]每个所述状态控制模块，用于根据处理器通过总线对所述状态控制模块进行读写的操作结果，配置所述信号处理模块的通信参数，并根据所述读写的操作结果设置所述频率合成模块的时钟频率倍数；其中，所述通信参数包括信噪比SNR估计、接收信号强度指示RSSI估计、自动增益控制AGC调整和步骤响应；
[0015]每个所述频率合成模块，用于根据所述状态控制模块产生的时钟频率倍数升高或降低时钟频率，以向所述信号处理模块中的器件提供至少两种频率的时钟；
[0016]每个所述信号处理模块，用于根据所述状态控制模块配置的所述通信参数和所述频率合成模块提供的所述至少两种频率的时钟，对信号进行调制或解调处理。
[0017]如上所述的装置，与每个所述电力线耦合电路对应相连的信号收发模块为至少两个。
[0018]本实用新型多相电力线载波通信装置，将多相电力线的载波通信通过一个处理器来实现，不仅完成了多相电力线通信的协调处理，实现了任意一相或多相电力线的实时通信，更重要的是提高了电力线载波通信装置的集成度，节省了芯片成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型多相电力线载波通信装置一实施例的结构示意图；
[0020]图2a和图2b为本实用新型多相电力线载波通信装置实施例的调制解调器结构示意图；
[0021]图3为本实用新型多相电力线载波通信装置另一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]图1为本实用新型多相电力线载波通信装置一实施例的结构示意图，该装置可以应用于各类低压电力线载波通信系统，如各类集中抄表系统及电力负荷控制系统等。该多相可以为两相或三相，可根据实际需要与外部的电力线耦合电路相连。如图1所示，该装置101可以与至少两相低压电力线对应连接的电力线耦合电路相连，其中，该装置101可以包括:与该电力线耦合电路对应相连的信号收发模块102、与该信号收发模块102分别对应相连的调制解调器103，以及与各该调制解调器103分别相连的用于根据通道工作参数协调控制各该调制解调器103的一个处理器104。
[0023]具体地，在本实施例中，以该装置101与第一电力线耦合电路1051、第二电力线耦合电路1052和第三电力线耦合电路1053均相连为例进行说明的，即此时上述的多相为三相，其中，每个电力线耦合电路都与一相低压电力线对应相连。如图1所示，该装置101包括:三个信号收发模块102、三个调制解调器103和一个处理器104。其中，该信号收发模块102的一端与外部的电力线耦合电路连接，另一端与装置内部的调制解调器103的输入端连接，可以用于接收和发送信号；该调制解调器103与处理器104相连，用于根据该处理器104的配置对接收到的信号进行解调处理，以及对要发送信号进行调制处理；该处理器104分别与三个该调制解调器103相连，用于根据三个该调制解调器103发送来的数据进行处理，并控制三个调制解调器103的工作模式及状态，以协调各信号收发模块102的通信状况。处理器104可以根据各信号收发模块102的信号强度、信噪比等通道工作参数来协调控制各信号收发模块102的实时通信，以避免各低压电力线载波通信的相互干扰而导致的电网电压的波动等，从而使信道质量变差的问题。例如，图中该第一电力线耦合电路1051、该第二电力线耦合电路1052和该第三电力线耦合电路1053分别对应于三相电力线A、B、C，处理器104可以根据前一周期各调制解调器103发送来的数据判断，如判断出前一周期A线信道质量较差，则当前周期可以将B线和C线作为信号的传输信道，从而实现多相电力线载波通信之间的协调控制，保证通信质量。其中，该协调控制可以包括控制各信号收发模块的导通与关闭、各信号收发模块的工作频率等，但不以此为限。
[0024]其中，各调制解调器103与处理器104通过总线相连，即数据总线、控制总线和地址总线；调制解调器103可以实现500KHz以下的频移键控(Frequency-shift keying,简称FSK)或相移键控(Phase-shift keying，简称PSK)信号等的调制解调，处理器104确定其工作频率。该处理器104优选可以为微控制器(Microcontroller Unit,简称MCU),也可以选取为其他类型的处理器，可根据该装置101对信号的实际处理要求进行选取，此处不做限制。
[0025]可选地，每个信号收发模块102包括信号接收通道106和信号发送通道107 ;该信号接收通道106包括依次相连的低噪声放大器(Low Noise Amplifier,简称LNA) 108、电容109、可编程放大器(Program Gain Amplifier,简称PGA) 110和模数转换器(Analog toDigital Converter,简称ADC) 111,其中，该LNA108与对应相的该电力线稱合电路相连,该ADClll与对应的调制解调器103相连；该信号发送通道107可以包括依次相连的功率放大器(Power Amplifier,简称 PA) 112、低通滤波器(Low Pass Filter,简称 LPF) 113 和数模转换器(Digital to Analog Converter,简称DAC) 114,其中，该PA112与对应相的电力线耦合电路相连，该DAC114与对应的调制解调器103相连。
[0026]该LNA108和该PGAllO可以为差分放大器，即可以差分输入和差分输出；该ADClll也可以是差分输入，但不以此为限d_LPF113可以设置滤波器带宽。
[0027]优选地，该LNA108、该PGA110和该PA 112均可以为增益可调的放大器。其中，该增益可调是指对信号放大或衰减，如增益可以调整至原信号的0.1倍，即相当于信号的衰减；又如增益可以调整至原信号的10倍，即相当于信号的放大。该增益可以由调制解调器103中的自动增益控制(Automatic Gain Control,简称AGC)单元来进行调节。
[0028]优选地，该信号接收通道106中可以包括至少一个LNA108，且各该LNA108串联连接。
[0029]优选地，该信号接收通道106中可以包括至少一个PGA110，且各该PGA110串联连接。
[0030]本实施例的工作原理为:低压电力线承载的信号经电力线耦合电路处理后，通过装置101的管脚传送至信号接收通道106中的LNA108处，由LNA108对信号进行放大后，在经电容109的滤波、阻抗匹配等处理后，由PGAllO将该信号放大至ADClll的输入范围，由ADClll将该信号转换为数字信号传送给调制解调器103处理，调制解调器103中的解调器对接收到的数字信号进行解调处理，如FSK或PSK解调等，处理后的数据通过数据总线传送至处理器104，供处理器104进行数据处理，以完成信号的接收及处理。经处理器104处理后通过数据总线将处理后的数据传送给调制解调器103中的调制器，该调制器根据处理器104通过总线对该调制器读写的操作结果对该数据进行调制处理，如FSK或PSK调制等，处理完毕后传送至DACl 14进行数字信号的模拟转换，形成模拟信号，经LPFl 13滤波后传送至PAl 12，由PA对该信号进行功率放大，之后通过该装置101的管脚发送给外部的电力线耦合电路，完成信号的发送。
[0031]本实施例，在多相电力线载波通信装置中将多相电力线的载波通信通过一个处理器来实现，不仅完成了多相电力线通信的协调处理，实现了任意一相或多相电力线的实时通信，更重要的是提高了电力线载波通信装置的集成度，节省了芯片成本。
[0032]图2a和图2b为本实用新型多相电力线载波通信装置实施例的调制解调器结构示意图，每个调制解调器可以包括:信号处理模块、状态控制模块和频率合成模块；每个状态控制模块，用于根据处理器通过总线对该状态控制模块进行读写的操作结果，配置该信号处理模块的通信参数，并根据该读写的操作结果设置该频率合成模块的时钟频率倍数；其中，所述通信参数包括信噪比(Signal to Noise Ratio,简称SNR)估计、接收信号强度指示(Receive Signal Strength Indicator,简称RSSI)估计、AGC调整和步骤响应；每个频率合成模块，用于根据该状态控制模块产生的时钟频率倍数升高或降低时钟频率，以向信号处理模块中的器件提供至少两种频率的时钟；每个信号处理模块，用于根据该状态控制模块配置的该通信参数和该频率合成模块提供的该至少两种频率的时钟，对信号进行调制或解调处理。
[0033]其中，频率合成模块可以对信号处理模块中的器件提供多种时钟频率，例如，频率合成模块接收到状态控制模块的时钟频率翻倍的指令后，为信号处理模块中的各单元及各器件配置频率翻倍的时钟，这样能够实现各单元及各器件工作频率的实时改变，又可以保证各连接的该器件的工作仍然是时钟频率匹配的。该频率合成模块可以为集成在调制解调器中的时钟发生器。
[0034]图2a为该调制解调器的解调器结构示意图，如图2a所示，该解调器201可以包括:第一信号处理模块202、第一状态控制模块203和第一频率合成模块204。第一信号处理模块202、第一状态控制模块203和第一频率合成模块204均相互连接，同时，该第一状态控制模块203通过数据总线、控制总线及地址总线与处理器104相连。该第一状态控制模块203用于根据处理器104对其读写的操作结果产生时钟频率倍数，且用于根据该处理器104读写的操作结果配置该第一信号处理模块202中器件的通信参数，所述通信参数可以包括频段、码速、信号带宽、频偏、SNR估计、RSSI估计、AGC调整和步骤响应等参数；同时该第一状态控制模块203也可以控制该第一信号处理模块202中各单元及各器件的调制方式、增益、接收、开和关等工作状态；该第一频率合成模块204根据该第一状态控制模块203产生的时钟频率倍数升高或降低时钟频率，以向该第一信号处理模块202中的器件提供不同频率的时钟。
[0035]其中，该第一信号处理模块202用于基于第一频率合成模块204提供的时钟频率进行信号处理。具体的信号处理器件和工作过程可以有多种，根据实际需要设置，本实用新型并不对此进行限制。第一信号处理模块202优选是可以包括:带通滤波器(Band-PassFilter,简称 BPF)、数字控制振荡器(Numerical Controlled Oscillator,简称 NC0)、数字下变频(Digital Down Converter,简称 DDC)单兀、LPF、AGC 单兀、RSSI 单兀、SNR 单兀、FSK解调单元、PSK解调单元和环路滤波器。该第一信号处理模块202内部器件的连接关系如图2a所示，图中箭头代表数据流向。
[0036]本实施例解调器201的工作原理为=ADClll将数字信号输出至BPF，该BPF根据第一频率合成模块204设置的中心频率和带宽等采样频率对数字信号进行滤波处理，BPF输出和NCO输出作为DDC单元的输入，DDC单元输出和LPF相连，LPF输出基带信息，分别输入AGC单元、RSSI单元、FSK解调单元和PSK解调单元。RSSI单元对信号进行能量检测，用于检测信号能量大小或评估信号质量；AGC单元对LNA108和PGAllO进行增益控制，使信号接收通道106工作在最佳状态；FSK解调单元对FSK信号进行解调，并输出基带信号；PSK解调单元对PSK信号进行解调，并输出基带信号，PSK解调单元同时输出载波信息，用于调整NCO的频率和相位，该载波信息通过环路滤波器进行滤波，环路滤波器的输出和NCO相连。AGC单元、RSSI单元、FSK解调单元、PSK解调单元、NCO本振频率字等电路均和第一状态控制模块203相连(图中简化了这些连接关系，仅以双向箭头与第一信号处理模块202相连代表)。
[0037]图2b为该调制解调器的调制器结构示意图，如图2b所示，该调制器205可以包括:第二信号处理模块206、第二状态控制模块207和第二频率合成模块208。第二信号处理模块206、第二状态控制模块207和第二频率合成模块208均相互连接，同时，该第二状态控制模块207通过数据总线、控制总线、地址总线与处理器104相连。该第二状态控制模块207用于根据处理器104对其读写的操作结果产生时钟频率倍数，且用于根据该处理器104读写的操作结果配置该第二信号处理模块206中器件的通信参数，所述通信参数可以包括频段、码速、信号带宽、频偏、SNR估计、RSSI估计、AGC调整和步骤响应等参数；同时该第二状态控制模块207也可以控制该第二信号处理模块206中各单元及各器件的调制方式、增益、发送、开和关等工作状态；该第二频率合成模块208根据该第二状态控制模块207产生的时钟频率倍数升高或降低时钟频率，以向该第二信号处理模块206中的器件提供不同频率的时钟。
[0038]其中，该第二信号处理模块206用于基于第二频率合成模块208提供的时钟频率进行信号处理。具体的信号处理器件和工作过程可以有多种，根据实际需要设置，本实用新型并不对此进行限制。第二信号处理模块206优选是可以包括:基带处理单元、FSK调制单元、PSK调制单元、数据选取器(Multiplexer,简称Mux)和增益控制(Gain Control,简称GC)单元。该第二信号处理模块206内部器件的连接关系如图2b所示，图中箭头代表数据流向。同时，基带处理单元、FSK调制单元、PSK调制单元、Mux和GC单元均和第二状态控制模块207相连(图中简化了这些连接关系，仅以双向箭头与第二信号处理模块206相连代表)。
[0039]本实施例调制器205的工作原理为:处理器将待发送的数据，移入基带处理单元，基带处理单元对基带信号进行基带处理，基带处理的输出和FSK调制单元、PSK调制单元相连，FSK调制单元将该基带信号调制成FSK信号，PSK调制单元将该基带信号调制成PSK调制信号。FSK和PSK调制信号输入二选一 Mux,选取一种信号输入至GC单兀，GC单兀的输出和DACl 14相连，从而完成信号的输出。
[0040]本实施例，通过在调制解调器中增加频率合成模块，通过数字降采样或升采样的方式，实现多频段的分时通信，不需要额外增加新的器件，节省了芯片面积及成本。
[0041]图3为本实用新型多相电力线载波通信装置另一实施例的结构示意图，本实施例在上述实施例的基础上，进一步，与该电力线耦合电路对应相连的信号收发模块为至少两个。如图3所示，以每个电力线耦合电路对应相连的信号收发模块为三个为例说明(图中为了简化，省去了该装置中与第二电力线耦合电路1052和第三电力耦合电路1053对应相连的信号收发模块及调制解调器)，第一信号收发模块301、第二信号收发模块302和第三信号收发模块303分别与第一电力线耦合电路1051相连，各信号收发模块分别对应相连一个调制解调器，各调制解调器同样与一个处理器104相连。
[0042]三个信号收发模块与同一电力线耦合电路相连，由同一处理器控制，通过各自的调制解调器实现单相电力线的多频段通信，即可以在同一电力线同时实现三个频段的通信，每个频段的通信具体实现方式与上述实现方式类似，此处不再赘述。在同等通信速率前提下，三个信号收发模块同时收发三个不同的频段，理论上通信速率提高三倍。并且，由于其他相电力线也可以连接至少两个信号收发模块，所以可以实现多通道多频段的电力线载波通信，在某个频段、某个调制方式不适合通信时，可以由同一个处理器较容易的检测信道和选择合适的频道、调制方式进行通信。
[0043]进一步，与各相的电力线对应的信号收发模块可以为任意个，可根据实际需要进行设置，例如可以在三相电力线的A线上设置两个信号收发模块，或者在B线上设置三个信号收发模块，或者在C线设置三个信号收发模块，此处不做任何限制。
[0044]本实施例，通过在与电力线耦合电路对应相连的信号收发模块为至少两个，实现多相电力线的多频段分时通信，提高了通信效率。
[0045]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种多相电力线载波通信装置，其特征在于，所述装置与至少两相电力线对应相连的电力线耦合电路相连，所述装置包括:与每个所述电力线耦合电路对应相连的信号收发模块、与每个所述信号收发模块对应相连的调制解调器，以及与各所述调制解调器分别相连的用于根据通道工作参数协调控制各调制解调器的一个处理器。
2.根据权利要求1所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于: 每个所述信号收发模块包括信号接收通道和信号发送通道； 所述信号接收通道包括依次相连的低噪声放大器、电容、可编程放大器和模数转换器，所述低噪声放大器与对应相的所述电力线耦合电路相连，所述模数转换器与对应的所述调制解调器相连； 所述信号发送通道包括依次相连的功率放大器、低通滤波器和数模转换器，所述功率放大器与对应相的所述电力线耦合电路相连，所述数模转换器与对应的所述调制解调器相连。
3.根据权利要求2所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于，所述低噪声放大器、所述可编程放大器和所述功率放大器均为增益可调的放大器。
4.根据权利要求2所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于，所述信号接收通道中包括至少一个低噪声放大器，且各所述低噪声放大器串联连接。
5.根据权利要求2所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于，所述信号接收通道中包括至少一个可编程放大器，且各所述可编程放大器串联连接。
6.根据权利要求1?5任一项所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于: 每个所述调制解调器包括:信号处理模块、状态控制模块和频率合成模块； 每个所述状态控制模块，用于根据处理器通过总线对所述状态控制模块进行读写的操作结果，配置所述信号处理模块的通信参数，并根据所述读写的操作结果设置所述频率合成模块的时钟频率倍数；其中，所述通信参数包括信噪比SNR估计、接收信号强度指示RSSI估计、自动增益控制AGC调整和步骤响应； 每个所述频率合成模块，用于根据所述状态控制模块产生的时钟频率倍数升高或降低时钟频率，以向所述信号处理模块中的器件提供至少两种频率的时钟； 每个所述信号处理模块，用于根据所述状态控制模块配置的所述通信参数和所述频率合成模块提供的所述至少两种频率的时钟，对信号进行调制或解调处理。
7.根据权利要求1所述的多相电力线载波通信装置，其特征在于，与每个所述电力线耦合电路对应相连的信号收发模块为至少两个。
【文档编号】H04B3/54GK203445873SQ201320425579
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】陈光胜, 谷志坤, 张伟, 潘松, 赵启山, 袁俊 申请人:上海海尔集成电路有限公司