电力线载波通信芯片及装置的制作方法

本实用新型涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种电力线载波通信芯片及装置。

背景技术：

电力线载波通信是指以电力线为载波信号传输媒介的电力系统通信。随着智能电网和物联网建设的全面展开，电力线载波通信技术的快速发展和通信可靠性、有效性的大幅度提升，使得电力线载波通信技术得到了进一步的推广和应用。

现有技术中，电力线载波通信装置中通常包括电力线调制解调芯片、程序存储器芯片、模拟前端芯片等多个芯片。各芯片之间通过通用串行通信接口(如UART、SPI等)进行通信，实现数据交互。由于芯片数量较多，导致现有的电力线载波通信装置的外围电路较为复杂、功耗较高、成本较高。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题是如何简化电力线载波通信装置的外围电路，实现提升运行效率、提高集成度、降低功耗、降低成本。

为解决上述问题，本实用新型提供一种电力线载波通信芯片，包括：控制器、程序存储器以及OFDM载波通信电路，其中：所述程序存储器，与所述控制器耦接，其上存储有电力线载波通信程序和数据；所述OFDM载波通信电路，与所述控制器以及电力线耦接，适于从所述电力线上接收载波信号并进行相应处理，以获取所述载波信号中携带的信息；以及，接收所述控制器输出的通信信息并对其进行处理后输出至所述电力线；所述控制器，与所述程序存储器以及所述OFDM载波通信电路耦接，适于从所述程序存储器中读取所述电力线载波通信程序和数据并执行所述电力线载波通信程序和数据处理；以及，从所述OFDM载波通信电路中读取所述载波信号中携带的信息；以及，向所述OFDM载波通信电路输出所述通信信息。

可选的，所述电力线载波通信芯片还包括：数据加解密单元，与所述控制器耦接，适于在接收到所述控制器输出的加解密指令时，对接收到的所述控制器输出的数据进行相应的加解密运算处理。

可选的，所述数据加解密单元包括以下至少一种：高级加密标准单元、椭圆曲线加密单元以及真随机数生成器。

可选的，所述电力线载波通信芯片还包括：缓存器，设置在所述程序存储器与所述控制器之间，适于缓存所述控制器从所述程序存储器中读取的指令或数据。

可选的，所述电力线载波通信芯片还包括：数据存储器，与所述控制器耦接，适于存储所述控制器运行所述电力线载波通信程序时产生的缓存数据。

可选的，所述电力线载波通信芯片还包括：CRC校验单元，与所述控制器耦接，适于对以下至少一种数据进行校验：所述电力线载波通信程序和数据、所述载波信号中携带的信息对应的数据以及所述通信信息对应的数据。

本实用新型实施例还提供了一种电力线载波通信装置，包括上述所述的任一种电力线载波通信芯片、耦合电路、带通滤波器、电源电路以及功率放大电路，其中：所述耦合电路，输入端与电力线耦接，输出端与所述带通滤波器的输入端耦接，适于对所述电力线上传输的载波信号的电压进行转换，并将转换后的所述载波信号输出至所述带通滤波器；转换后的所述载波信号的电压为所述电力线载波通信芯片对应的输入信号的电压；所述带通滤波器，输出端与所述电力线载波通信芯片的信号输入端耦接；所述带通滤波器，输出端与所述电力线载波通信芯片的信号输入端耦接；所述功率放大电路，与所述电力线载波通信芯片的信号输出端耦接，适于对所述OFDM载波通信电路输出的信号进行功率放大并输出至所述电力线。

可选的，所述电力线载波通信装置还包括：过零点检测电路，与所述电力线载波通信芯片耦接，适于在检测到电力线工频过零点时向所述电力线载波通信芯片输出检测信号。

可选的，所述电力线载波通信装置还包括：欠压保护电路，与所述电力线载波通信芯片耦接，适于在检测到所述电力线载波通信芯片的工作电压低于正常工作电压时，对所述电力线载波通信芯片的电压进行控制，以降低所述电力线载波通信芯片的电压波动幅度。

可选的，所述电力线载波通信装置还包括：过压保护电路，与所述电力线载波通信芯片耦接，适于在检测到所述电力线载波通信芯片的工作电压大于正常工作电压时，对所述电力线载波通信芯片的电压进行控制，以降低所述电力线载波通信芯片的电压波动幅度。

可选的，所述电力线载波通信装置还包括：通用串行通信接口电路，与所述电力线载波通信芯片耦接；所述电力线载波通信芯片，适于通过所述通用串行通信接口电路与外接设备进行连接并通信。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

在电力线载波通信芯片中，设置有控制器、程序存储器以及OFDM载波通信电路。在程序存储器中存储有电力线载波通信程序和数据，因此，控制器可以直接从程序存储器中读取电力线载波通信程序并运行。通过OFDM载波通信电路，从电力线上接收载波信号并解析出载波信号对应的信息，因此，控制器能够从OFDM载波通信电路中读取载波信号对应的信息。通过OFDM载波通信电路对控制器输出的通信信息进行处理并最终输出至电力线，从而实现通信信息在电力线上的发送。与现有技术相比，控制器、程序存储器以及OFDM载波通信电路设置在同一电力线载波通信芯片中，因此可以有效简化电力线载波通信装置的外围电路，实现提升运行效率、提高集成度、降低功耗、降低成本。

进一步，在电力线载波通信芯片中，还设置有数据加解密单元。通过数据加解密单元对控制器输出的数据进行相应的加解密运算处理，可以提高数据通信的安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种电力线载波通信芯片的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的一种电力线载波通信装置的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，电力线载波通信装置中通常包括电力线调制解调芯片、程序存储器芯片、模拟前端芯片等多个芯片。电力线调制解调芯片通过通信接口读取程序存储器芯片中存储的程序和数据，再通过通信接口与模拟前端芯片进行数据传输。

在实现多个芯片之间的通信时，各芯片之间设置有数据总线以及相关的外围电路。由于电力线载波通信装置中相互独立的芯片数量较多，因此导致电力线载波通信装置中的外围电路较为复杂，运行效率低、集成度低、功耗高、成本高。

在本实用新型实施例中，控制器、程序存储器以及OFDM载波通信电路设置在同一电力线载波通信芯片中，因此可以有效简化电力线载波通信装置的外围电路。此外，由于控制器与程序存储器设置在同一电力线载波通信芯片中，因此，控制器可以通过芯片内的数据总线即可读取程序存储器中存储的电力线载波通信程序和数据，而不需要通过外部通用串行通信接口来读取片外程序存储器芯片的程序和数据，可以提高通信的安全性和稳定性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参照图1，本实用新型实施例提供了一种电力线载波通信芯片10，包括：控制器101、程序存储器102以及OFDM载波通信电路103。

在具体实施中，程序存储器102可以与控制器101耦接。程序存储器102存储有电力线载波通信程序及其他数据。电力线载波通信程序可以为：用于实现电力线载波通信所需的程序。在具体应用中，程序存储器102的存储容量可以根据实际的应用场景以及电力线载波通信芯片的成本来确定。例如，程序存储器102的存储容量为1兆(M)字节。

程序存储器102可以为只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，也可以为Flash闪存。在本实用新型实施例中，可以选用Flash闪存作为程序存储器102。可以理解的是，程序存储器102还可以为其他类型的能够存储程序和数据的存储器，此处不做赘述。

在本实用新型实施例中，在选用Flash闪存作为程序存储器102时，Flash闪存可以为具有自动纠错功能的Flash闪存。在电力线载波通信程序运行时，Flash闪存可以对自身所被读取的程序和数据进行自动纠错，从而可以使得电力线载波通信程序运行更加稳定。

在实际应用中，Flash闪存的自动纠错功能可以通过硬件电路来实现。

在具体实施中，OFDM载波通信电路103可以与控制器101以及电力线耦接。OFDM载波通信电路103可以从电力线上接收载波信号并对载波信号进行相应处理，从而得到载波信号中携带的信息。

OFDM载波通信电路103可以接收控制器101输出的通信信息。在接收到控制器101输出的通信信息之后，OFDM载波通信电路103对通信信息进行相应处理，并将处理后的通信信息最终输出至电力线，从而实现将控制器101输出的通信信息通过电力线发送。

在具体实施中，控制器101还可以向OFDM载波通信电路103输出控制信号，以控制OFDM载波通信电路103的工作状态。例如，控制器101向OFDM载波通信电路103输出控制信号，控制OFDM载波通信电路103开始工作，并采用QPSK调制方式对通信信息进行调制。

在具体实施中，OFDM载波通信电路103可以包括模拟前端(Analog Front End，AFE)电路、电力线载波通信物理层(Power Line Communication Physical layer，PLC-PHY)以及存储器；其中AFE电路可以包括AFE接收机以及AFE发送机，AFE接收机包括可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)、模数转换器等，AFE发送机可以包括数模转换器、低通滤波器、输出级放大器等。

下面对OFDM载波通信电路103的工作原理进行简要说明。

OFDM载波通信电路103中的模拟前端(AFE)电路与电力线耦接。模拟前端电路接收电力线上传输的载波信号，电力线上传输的载波信号为模拟信号。通过带通滤波器对接收到的模拟信号进行低通滤波，再通过PGA对模拟信号进行信号增益控制。之后，PGA输出的模拟信号，经过低通滤波器进行滤波，再通过模数转换器对经过信号增益控制和滤波之后的模拟信号进行模数转换，转换出对应的数字信号。PLC-PHY对数字信号进行解调、解码等操作，获取载波信号中携带的信息，并将其存储到存储器中。在实际应用中，OFDM载波通信电路103中的存储器可以为先入先出(First In First Out，FIFO)单元。

当控制器101输出通信信息时，OFDM载波通信电路103中的存储器接收并存储通信信息。PLC-PHY从存储器中读取通信信息，对通信信息进行编码以及调制等操作后，将处理后的通信信息输出至数模转换器。数模转换器将处理后的通信信息从数字信号格式转换成模拟信号格式。通过低通滤波器对模拟信号格式的通信信息进行低通滤波整形处理，再通过输出级放大器对模拟信号格式的通信信息进行放大处理，之后，通过模拟前端电路输出。

在具体实施中，控制器101可以分别与程序存储器102以及OFDM载波通信电路103耦接。控制器101可以从程序存储器102中读取电力线载波通信程序和数据，并执行电力线载波通信程序。控制器101也可以从OFDM载波通信电路103中读取载波信号中携带的信息，或者向OFDM载波通信电路103输出通信信息，使得OFDM载波通信电路103再对通信信息进行一系列的处理后输出。

在电力线载波通信芯片10中，可以存在两种总线：AHB总线以及APB总线。在具体实施中，控制器101可以通过AHB总线与程序存储器102耦接，从程序存储器102中读取电力线载波通信程序和数据，以运行电力线载波通信程序。在实际应用中，控制器101可以直接通过AHB总线与OFDM载波通信电路进行通信，也可以通过内置AHB-APB桥接电路104与OFDM载波通信电路103进行通信。

在本实用新型实施例中，控制器101通过置AHB-APB桥接电路104与OFDM载波通信电路103进行通信。

在具体实施中，在电力线载波通信芯片10中，还可以内置有数据加解密单元105，数据加解密单元105可以与控制器101耦接。参照图1，数据加解密单元105与APB总线耦接，控制器101通过AHB总线、AHB-APB桥接电路104以及APB总线，实现与数据加解密单元105的通信。

当需要进行加解密操作时，控制器101可以向数据加解密单元105输出加解密指令，以及需要进行加解密运算的数据。数据加解密单元105在接收到加解密指令以及需要进行加解密运算的数据后，即可进行相应的加解密运算操作。

例如，控制器101需要对字符串00001111进行数据加密处理，则控制器101向数据加解密单元105输出加密指令以及字符串00001111。数据加解密单元105在接收到加密指令以及字符串00001111之后，即可对字符串00001111进行加密运算操作。

在本实用新型实施例中，数据加解密单元105可以包括以下加解密单元中的任一种或多种：高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)单元、椭圆曲线加密(Elliptic Curves Cryptography，ECC)单元以及真随机数生成器(True Random Number Generator，TRNG)。可以理解的是，数据加解密单元还可以为其他类型的加解密单元，此处不做赘述。

在电力线载波通信芯片中设置数据加解密单元，通过数据加解密单元对控制器输出的数据进行相应的加解密运算处理，从而可以提高电力线载波通信芯片的数据安全性。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以设置有电源管理单元(Power Management Unit，PMU)106，PMU 106与电力线载波通信芯片10的电源输入端耦接，适于对电力线载波通信芯片10的输入电源进行管理和整个电力线载波通信芯片10内部供电管理，减少电力线载波通信芯片10在电力线通信及其他状态下的电能消耗。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以包括集成的通用串行通信接口107，通用串行通信接口107可以与电力线载波通信芯片10中的APB总线耦接。通用串行通信接口107可以与电力线载波通信芯片10之外的接口电路耦接，从而实现控制器101与外部设备进行通信。

在具体实施中，在程序存储器102与控制器101之间，还可以设置有缓存器108，缓存器108可以缓存控制器101从程序存储器102中读取的指令和数据，以提高控制器101读取指令和数据的速度。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以设置有数据存储器109，数据存储器109可以与控制器101耦接。控制器101在运行电力线载波通信程序时，产生的一系列中间缓存数据均可以存储在数据存储器109中。

参照图1，控制器101通过AHB总线与数据存储器109通信耦接。

在本实用新型实施例中，数据存储器109可以为静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)。在本实用新型其他实施例中，数据存储器还可以为其他类型的存储器，此处不做赘述。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以设置有直接内存访问(Direct Memory Access，DMA)110。DMA110可以在没有控制器101的控制下，实现外接设备与数据存储器109的数据传输。具体而言，结合图1，外接设备可以通过通用串行通信接口107并经由APB总线实现与数据存储器109的数据传输。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以设置有媒体独立接口(Reduced Media Independent Interface，RMII)电路111，RMII电路111可以通过AHB总线与控制器101耦接，从而使得控制器101能够通过因特网与外部设备进行通信。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以设置有CRC校验单元112，CRC校验单元112与控制器101耦接。在本实用新型实施例中，CRC校验单元112可以对程序存储器102中存储的电力线载波通信程序和数据进行校验，也可以对OFDM载波通信电路103得到的载波信号中携带的信息进行校验，还可以对控制器101输出的通信信息对应的数据进行校验。

可以理解的是，CRC校验单元112还可以对电力线载波通信芯片10内部其他的通信数据流进行校验。

在具体实施中，电力线载波通信芯片10中还可以集成通用输入/输出接口(General Purpose Input Output，GPIO)113，对外部电路进行输入/输出控制。

由此可见，控制器、程序存储器以及OFDM载波通信电路集成在同一电力线载波通信芯片中，因此可以有效简化电力线载波通信装置的外围电路；实现提升运行效率、提高集成度、降低功耗、降低成本。

在现有技术中，程序存储器与控制器分别属于不同的独立芯片，因此，程序存储器与控制器进行通信时，需要通过对应的通用串行/并行通信接口进行数据传输。然而，在数据传输过程中，可以通过对通信接口的监听来解析出所传输的数据信息。

而在本实用新型实施例中，由于控制器与程序存储器设置在同一电力线载波通信芯片中，因此，控制器可以通过芯片内的数据总线即可读取程序存储器中存储的电力线载波通信程序，而不需要通过外部接口来读取程序存储器中存储的电力线载波通信程序，可以提高通信的安全性和稳定性。

参照图2，本实用新型实施例还提供了一种电力线载波通信装置20，包括：电力线载波通信芯片10、耦合电路21、带通滤波器22、电源电路23以及功率放大器24。

在具体实施中，耦合电路21的输入端可以与电力线耦接，输出端与带通滤波器22的输入端耦接。耦合电路21可以将电力线30上的载波信号的电压转换成电力线载波通信芯片10对应的输入信号的电压。

例如，通常情况下而言，中国市电的电压为220V。设定电力线载波通信芯片10的输入信号的电压为3.3V，则耦合电路21将载波信号的电压从220V转换成3.3V。

在具体实施中，耦合电路21还可以减少电力线工频(50Hz)的干扰以及实现强电隔离。

在具体实施中，带通滤波器22的输入端可以与耦合电路21的输出端耦接，输出端可以与电力线载波通信芯片10的信号输入端耦接。带通滤波器22可以对电压为电力线载波通信芯片的工作电压的载波信号进行带通滤波处理，以去除夹杂在载波信号中的带外噪声。

在本实用新型实施例中，结合图1，电力线载波通信芯片10的信号输入端，可以为OFDM载波通信电路103中的AFE电路的输入端。

在具体实施中，电源电路23可以与电力线载波通信芯片10耦接，为电力线载波通信芯片10提供电源。

在实际应用中，电源电路23可以为直流电压源，其输出电压可以为3.3V。

在具体实施中，功率放大电路24可以与电力线载波通信芯片10的信号输出端耦接，对OFDM载波通信电路输出的信号进行功率放大并输出至电力线。

在本实用新型实施例中，结合图1，电力线载波通信芯片10的信号输出端，可以为OFDM载波通信电路103中的AFE电路的输出端。

在实际应用中，OFDM载波通信电路103中的AFE电路的输出端输出的信号功率仍旧较小，因此，通过功率放大电路24，可以提高电力线载波通信芯片10的输出信号的鲁棒性。

在具体实施中，电力线载波通信装置20还可以包括过零点检测电路25，过零点检测电路25可以与电力线载波通信芯片10耦接。过零点检测电路25在检测到电力线工频过零点时，可以向电力线载波通信芯片10输出检测信号，以告知当前时刻工频过零点信息。电力线载波通信芯片10在接收到检测信号之后，即可控制OFDM载波通信电路103中的AFE电路从电力线上接收载波信号。

在具体实施中，电力线载波通信装置20还可以包括：欠压保护电路26，与所述电力线载波通信芯片10耦接，适于在检测到所述电力线载波通信芯片10的工作电压低于正常工作电压时，对所述电力线载波通信芯片10的电压进行控制，以降低所述电力线载波通信芯片10的电压波动幅度。

在具体实施中，电力线载波通信装置20还可以包括：过压保护电路27，与所述电力线载波通信芯片10耦接，适于在检测到所述电力线载波通信芯片10的工作电压大于正常工作电压时，对所述电力线载波通信芯片10的电压进行控制，以降低所述电力线载波通信芯片10的电压波动幅度。

具体而言，当电力线载波通信芯片10从正常状态切换至欠压状态时，欠压保护电路26控制电力线载波通信芯片10中的电压变化的幅度，使得电力线载波通信芯片10的电压并不是立即从正常工作电压下降至欠压电压，而是缓慢地从工作电压下降至欠压电压，从而可以有效地保护电力线载波通信芯片10。

例如，电力线载波通信芯片10的正常工作电压为3.3V，欠压电压为0V。则当电力线载波通信芯片10突然断电时，电力线载波通信芯片的电压并不是立即从3.3V降至0V，而是缓慢地降至0V。

当电力线载波通信芯片10从正常状态切换至过压状态时，过压保护电路27控制电力线载波通信芯片10中的电压变化的幅度，使得电力线载波通信芯片10的电压缓慢上升至额定工作电压的最大值之后便不再上升，从而可以避免因电压过大而导致芯片损坏的情况出现。

在具体实施中，电力线载波通信装置20还可以包括通用串行通信接口电路28，通用串行通信接口电路28与电力线载波通信芯片10耦接。电力线载波通信芯片10可以通过通用串行通信接口电路28与外接设备进行连接并通信。

在本实用新型实施例中，通用串行通信接口电路28可以包括通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口电路、串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)电路、内部整合电路(Inter-Integrated Circuit，I²C)接口电路中的任一种或多种。可以理解的是，通用串行通信接口电路28还可以包括其他类型的接口电路，此处不做赘述。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。