中心議題：

• 電力PLC調製解調原理
• 安森美半導體集成方案

解決方案：

• 正交頻分複用(OFDM)
• 相移鍵控(PSK)
• 擴頻型頻移鍵控(S-FSK)

近(jin)年(nian)來(lai)
，在(zai)綠(lv)色(se)節(jie)能(neng)意(yi)識(shi)的(de)推(tui)動(dong)下(xia)
，以(yi)智(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)為(wei)核(he)心(xin)的(de)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)成(cheng)為(wei)歐(ou)美(mei)日(ri)中(zhong)等(deng)諸(zhu)多(duo)國(guo)家(jia)競(jing)相(xiang)發(fa)展(zhan)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)點(dian)領(ling)域(yu)。如(ru)歐(ou)盟(meng)委(wei)員(yuan)會(hui)強(qiang)製(zhi)要(yao)求(qiu)2022年前所有歐盟成員國的電表都替換為智能儀表。美國也計劃在每個家庭都安裝智能儀表。中國也在2009年5月開始提出構建堅強智能電網的構想

，準備投資高達4萬億元
，計劃經曆當前的試點和2011年開始的全麵建設等階段後，到2020年基本實現構想。在此推動下，電網技術麵臨著一場重要的革命，而不隻是簡單的技術演進。

表1：傳統電網與新的智能電網之間的簡單對比。

在zai智zhi能neng電dian網wang中zhong
，智zhi能neng電dian表biao發fa揮hui關guan鍵jian的de作zuo用yong，可ke以yi使shi用yong戶hu與yu電dian力li係xi統tong之zhi間jian實shi現xian互hu動dong。如ru一yi方fang麵mian幫bang助zhu電dian力li機ji構gou精jing確que了le解jie用yong戶hu的de用yong電dian規gui律lv
，為wei高gao峰feng用yong電dian或huo低di穀gu用yong電dian設she定ding差cha異yi化hua的de電dian價jia

；另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)

，用(yong)戶(hu)也(ye)可(ke)以(yi)合(he)理(li)調(tiao)整(zheng)自(zi)己(ji)的(de)用(yong)電(dian)計(ji)劃(hua)

，從(cong)而(er)優(you)化(hua)電(dian)費(fei)支(zhi)出(chu)。從(cong)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)來(lai)看(kan)，智(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)除(chu)了(le)電(dian)源(yuan)和(he)計(ji)量(liang)模(mo)塊(kuai)外(wai)，還(hai)涉(she)及(ji)到(dao)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)功(gong)能(neng)，需(xu)采(cai)用(yong)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)
；此外
，雙向實時通信是智能電網的重要特征
，故通信模塊至關重要，需要選擇適合的通信方式及相應的最佳解決方案。

實際上，智能電網是一個龐大係統
，涉及電力、通信及應用等多個層次，以及局域網(LAN)和廣域網(WAN)等不同網絡類型。其中，LAN連接家庭或建築物內的不同類型的智能電表到數據集中器(concentrator)。jiuzheyiduandewangluolianjieeryan，tongchangtamenduitongxinsulvdeyaoqiubugao
，zuizhuyaodekaolvyinsushijiangdichengben，changjiandetongxinfangshiyouwuxianshepinwangluo，huoyouxiandedianlixianzaibo(PLC)或電力線寬帶(BPL )等。具體采用何種通信方式，需要考慮各國電網實際狀況等因素
，同時先行先試國家的做法也會提供借鑒意義。

圖1：法國EDF旗下公司法國配電公司(ERDF)的Linky項目簡略示意圖。

例如，在歐洲能源市場有重要影響力的法國電力(Electricité de France, EDF)於2009年中啟動了當前世界上最大的智能電表項目Linky

，計劃到2017年在法國部署3,500萬個智能電表。這個項目為智能電表到數據集中器之間的通信選擇了PLC技術，然後再利用通用分組無線業務(GPRS)技術將數據傳送到該公司的數據中心。考慮到中國的智能電網仍在試點階段，法國ERDF的選擇對中國等其他國家也具有借鑒意義。
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PLC調製技術的選擇雖然PLC技術提供了一種低成本的選擇，但電力線的初衷並不是用於通信，故在應用PLC通信時也麵臨一些挑戰。特別是設計人員需要密切注意會出現的信號衰減和噪聲問題
，反之也要求複雜的收發器技術。

weileyizhiyouzaoshengdaozhidexinhaoshuaijian，jiangdiwumalv
，binggaishanpinlvxiaolv
，youbiyaoliyongshihedexinhaotiaozhijishu。shijishang，dianlijigouzaibushuzhinengdianbiaochaobiaoxitongshi
，youduozhongbutongdetiaozhifangshi，danzhuyaodeyousanzhong，fenbieshizhengjiaopinfenfuyong(OFDM)
、相移鍵控(PSK)和擴頻型頻移鍵控(S-FSK)。

OFDM的理論帶寬較高，但實際上在低壓網絡中的噪聲條件下會損失很大一部分的帶寬，而且OFDM的應用成本較高
，工作時還消耗可觀的電能。PSK調製技術的應用成本很低
，但不是特別可靠，性能會受到相位噪聲影響
，而且無法充分覆蓋較長距離。相比較而言
，雖然S-FSK的數據率比OFDM低，但更勝任智能電表應用。這種調製技術能實現可靠的通信，同時應用成本更低，消耗的電能也更少。因此
，就當前的智能電網PLC應用而言，複雜度低、商用潛力更大及有可靠現場應用記錄的S-FSK調製技術無疑是更適合的選擇。

實際上

，法國ERDF的Linky項目規範中
，物理層參考規範是IEC61334-5-1/EN50065，其中規定的調製技術就是S-FSK，通信頻率為標記頻率(mark frequency, Fm) 63.3 kHz和空頻(space frequency, Fs) 74 kHz，傳輸速率2.4 Kbps

，並與50 Hz電氣網絡頻率物理同步。

安森美半導體PLC調製解調器的應用優勢安森美半導體在開發PLC調製解調器方麵擁有較長的曆史。速率1.2 kb的AMIS-30585為早前推出，最初開發時就符合IEC 61334標準(SFSK規範)，迄今已曆經8年的現場應用檢驗。新近推出的AMIS-49587是一款高集成度
、符合標準的低功率PLC方案
，支持PLC現場部署要求的4種不同模式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)
、SLAVE(電表)和SPY(給測試人員的原始數據)，非常適合智能電表以及智能街燈和智能插座等應用。與AMIS-30585相比
，AMIS-49587支持2.4 kb的更高半雙工可調節通信速率速率，符合諸如ERDF規範這樣的市場新要求
，目前已經獲得法國原設備製造商(OEM)的先期使用
，在中國也已獲得數家領先電表客戶的選用。兩款器件引腳對引腳兼容，為客戶提供了更大的設計便利。

AMIS-49587符合IEC61334-5-1標準，為客戶提供眾多應用優勢。例如
，這器件基於ARM7TDMI處理器內核
，同時包含物理接口收發器(PHY)和媒體訪問控製器(MAC)層，使其以單芯片方案結合了模擬調製解調器前端和數字後處理功能，而大多數競爭方案需要複雜的嵌入式軟件來執行與AMIS-49587相同的功能。設計人員使用AMIS-49587調製解調器，可以簡化設計
，能在不到一個季度的時間內開發出全套互操作PLC方案，還降低開發及應用成本。實際上，基於AMIS-49587的調製解調器方案中僅使用2顆IC(另一顆為NCS5650 2 A PLC線路驅動器)

，外加16顆電阻、17顆電容、2個二極管
、1個晶體和1個脈衝變壓器

，總元件數量僅為39個
，提供低物料單(BOM)成本。

此外，AMIS-49587采用S-FSK調製技術，結合高分辨率的濾波算法，配以自動可信值/中繼器(repeater)功能，提供基於長距離電力線的高可靠性數據通信。通信誤差比其它可選及現有方案更低。這器件藉板載低抖動鎖相環(PLL)與交流主電源(mains)信號同步。由於包含16位分辨率的模擬前端，使器件具有極優的噪聲免疫性和極高的接收靈敏度。

AMIS-49587的易用性也很突出。由於內嵌協議處理功能
，使設計人員無需涉及PHY和MAC協定傳輸細節問題，節省多達50%的軟件開發耗費，從而加快上市時間

，降低總成本。這器件藉串行接口直接連接至用戶主微控製器(MCU)。AMIS-49587同時兼容於單相和多相電表
，滿足客戶不同需求。此外
，其能耗也比基於數字信號處理器(DSP)的方案更低，非常適合智能電表至集中器的PLC通信應用。為了幫助設計人員加快開發進程，安森美半導體還提供評估套件AMIS49587EVK，方便用戶開發。這套件內含2個PLC調製解調器，用於在客戶端與服務器端之間配置通信；還包含開源圖形用戶界麵，用於配置端到端通信。

ansenmeibandaotiweizhinengdianbiaoyingyongtigongwanzhengfanganyuputongdianbiaoxiangbi
，zhinengdianbiaowuyishigengweifuzadexitong。eransenmeibandaotiweizhinengdianbiaoyingyongtigongwanzhengdejiejuefangan

，chuleshangshuyongyutongxinyingyongdePLC調製解調器和線路驅動器方案外，還提供用於電源管理、測量和存儲等關鍵功能的解決方案。如在電源管理模塊
，可以應用安森美半導體的NCP1014
、NCP1015等AC-DC轉換器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC-DC轉換器，MC78L05
、MC7805
、CAT6217和CAT6219等低壓降(LDO)穩壓器
，以及NTMFS4823等中壓及高壓FET。此外，在智能電表應用中，也可采用安森美半導體係列EEPROM、SDRM等存儲器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、邏輯
、USB保護
、監控、I/O擴展

、時鍾和溫度傳感器等。

圖2：安森美半導體應用於智能電表的解決方案。

在方興未艾的智能電網應用中
，智能電表發揮關鍵作用。設計人員需要為智能電表與數據集中器之間的通信選擇適合的通信方式
，而PLC已經成為業界先導公司及先期試驗項目的選擇

，頗具示範及借鑒意義。設計人員需要為PLC通信選擇調製解調器方案。安森美半導體用於PLC的調製解調器產品符合標準及客戶規範，並提供眾多應用優勢，如簡化設計
、降低成本
、降低耗電
、提供可靠通信及加快上市進程等。安森美半導體更為智能電表應用提供包括電源/電源管理及保護、通信
、測量和存儲等關鍵功能的完整解決方案
，方便客戶的選擇，幫助他們降低采購成本及加快產品上市。