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電力載波芯片ST7538及其應(yīng)用
摘要：介紹一種最新推出的電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片ST7538的基本原理，給出ST7538的主要控制電路和接口電路，討論應(yīng)用該芯片后些注意事項。利用電力線作為通信介質(zhì)的電力載波通信，具有極大的方便性、免維護(hù)性、即插即用等優(yōu)點，在很多情況下是人們首選的通信方式。ST7538是最近SGSTHOMSON公司在電力載波芯片ST7536、ST7537基礎(chǔ)上推出的又一款半雙工、同步/異步FSK（調(diào)頻）調(diào)制解調(diào)器芯片。該芯片是為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計的，與ST7536和ST7537相比，主要具有以下特點：
*有8個工作頻段，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110kHz和132.5kHz；
*內(nèi)部集成電力線驅(qū)動接口，并且提供電壓控制和電流控制；
*內(nèi)部集成 5V線性電源，可對外提供100mA電流；
*可編程通信速率高達(dá)4800bps；
*提供過零檢測功能；
*具有看門狗功能；
*集成了一個片內(nèi)運(yùn)算放大器；
*內(nèi)部含有一個具有可校驗和的、24位可編程控制寄存器；
*采用TQFP44封裝。
可以看出，ST7538是一款功能強(qiáng)大的、單芯片電力線調(diào)制解調(diào)器。
圖1
1 ST7538工作原理
ST7538是采用FSK調(diào)制技術(shù)的高集成度電力載波芯片。內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過串行通信，可以方便地與微處理器相連接。內(nèi)部具有電壓自動控制和電流自動控制，只要通過耦合變壓器等少量外部器件即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538還提供了看門狗、過零檢測、運(yùn)算放大器、時鐘輸出、超時溢出輸出、 5V電源和 5V電源狀態(tài)輸出等，大大減少了ST7538應(yīng)用電路的外圍器件數(shù)量。此外，該芯片符合歐洲CENELEC（EN50065-1）和美國FCC標(biāo)準(zhǔn)。圖1為ST7538內(nèi)部原理框圖。
1.1 發(fā)送數(shù)據(jù)
當(dāng)RxTx為低時，ST7538處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)。待發(fā)數(shù)據(jù)從TxD腳進(jìn)入ST7538，時鐘上升沿時被采樣，并送入FSK調(diào)制器調(diào)制。調(diào)制頻率由控制寄存器bit0～bit2決定，速率由控制寄存器bit3～bit4決定。調(diào)制信號經(jīng)D/A變化、濾波和自動電平控制電路（ALC），再通過差分放大器輸同到電力線。當(dāng)打開時間溢出功能，且發(fā)送數(shù)據(jù)時間超過1s或3s時，TOUT變?yōu)楦唠娖剑瑫r發(fā)送狀態(tài)自動轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。這樣可以避免信道長時間被某一節(jié)點（ST7538）點用。
1.2 接收數(shù)據(jù)
當(dāng)RxTx為高時，ST7538處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。信號由模擬輸入端RAI腳進(jìn)入ST7538，經(jīng)過一個帶寬±10kHz的帶通濾波器，送入一個帶有自動增益AGC的放大器。該濾波器可以通過控制寄存器bit23置零取消濾波功能。自動增益放大器可以根據(jù)電力線的信號強(qiáng)度自動調(diào)整。為提高信噪比，經(jīng)過放大器的信號送入一個以通信頻率為中心點、帶寬為±6kHz的窄帶濾波器。此信號再經(jīng)過解調(diào)、濾波和鎖相，變成串行數(shù)字信號，輸出給出ST7538相連的微處理器。
可以通過使控制器的bit22置位，使ST7538處于高靈敏度接收狀態(tài)。
1.3 工作模式選擇
通過微處理器與ST7538的串口RxD、TxD和CLR/T，可以實現(xiàn)微控制器與ST7538的數(shù)據(jù)交換。ST7538的工作模式，由REG_DATA和RxTx的狀態(tài)決定。
微處理器對電力線的訪問可以采用同步方式或異步方式。異步方式只需要RxD、TxD和RxTx,無需輔助時鐘信號。無載波信號時,RxD輸出低電平，對于同步方式，需要CLR/T作為參考時鐘，并且ST7538必須是通信發(fā)起者（Master）。
對ST7538控制寄存器的訪問必須采用同步訪問方式，需要RxD、TxD、CLR/T和REG_DATA,CLR/T上升沿有效，發(fā)送數(shù)據(jù)高位在前。
1.4 復(fù)位及看門狗
ST7538內(nèi)部嵌入一個看門狗，可以產(chǎn)生一個內(nèi)部和外部的復(fù)位信號，保證CPU的可靠工作。
2 系統(tǒng)硬件組成
電力載波通信節(jié)點模塊一般包括以下幾部分微處理器部分、載波部分信號濾波部分和電力線信號耦合與保護(hù)部分。圖2給出了利用ST7538和Atmega8L構(gòu)成的通用電力載波通信模塊。這里僅就濾波部分作簡要介紹。
信號濾波部分是整個模塊的關(guān)鍵部分，它包括輸入窄帶濾波器和輸出窄帶濾波器兩部分。圖3為輸入濾波電路，它采用并聯(lián)電流諧振電路構(gòu)成濾波電路，濾除指定頻率以外的無用信號和噪聲。該諧振點頻率f1為
圖4為輸出濾波電路，它采用串聯(lián)電壓諧振電路，避免無用信號耦合到電力線上。該諧振點頻率f2為：
電力線耦合部
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