电力线MODEM在音频传输系统中的应用 [分享]

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[move]电力线MODEM在音频传输系统中的应用[/move]  

广州广东工业大学自动化学院（510090）　龚仕伟　许锦标

摘要：介绍一种基于电力线载波通讯芯片LM1893的音频传输系统的设计，指出LM1893应用于模拟信号通讯应注意的问题同时提出对策。

关键词：低压电力线载波　LM1893芯片　音频系统

电力线载波通信PLCT(Power Line Carrier Transceivers)利用现有电网的电力线作为传输信道，以载波方式进行数据／语音通信。它利用现有的电力线路，无需另外架设通信线路，也不占用通讯频率资源，故成本相对较低。

利用10kV以上高压电力线载波通信(载波电话)已经在电力部门内部的语音通讯上获得广泛应用，对高压电力线进行高频信号传输的研究已经非常深入和成熟。但是，在220/380V低压电力线进行信号传输，与高压电力线载波通信有较大区别，突出表现在工作环境恶劣、线路阻抗和信号衰减时变性强、干扰大等特点。近几年来，由于新型载波通信芯片的推出以及先进通信方式的采用，国内外已把低压电力线载波通信技术应用于远程自动抄表系统、防火报警系统、智能化家电控制系统等中低速的数据传输系统中。但是绝大部分低压电力线路是作为数字信息的通信媒介。本文介绍利用电力线modem芯片LM1893、采用低压电力线作为通信媒介的语音、音乐信号传输系统。

1 系统工作原理及电路设计

1.1 工作原理及组成

系统组成及原理框图如图1所示。系统由一个发送机、220V电力线传输通道和若干并接在电力线上的接收机组成。在发送机端，音频信号经电力线modem调制为100kHz以上的高频调制信号，通过电力线接口电路送入220V交流电力线。在接收机端，电力线上各种频率信号通过隔离耦合电路进入接收机，选频放大电路仅选出发送机送来的高频信号，滤掉其他频率的信号。过滤后的高频信号再由电力线modem解调出原始的音频信号，最后由音频功放对音频信号进行放大并推动扬声器发出声音。

载波频率根据电力线的频率特性，一般选择在40kHz~600kHz。本系统中载波频率为125kHz，采用频率调制(FSK)。



1.2 音频信号的调制解调

图2给出了发送机和接收机的音频调制解调原理图。

本系统电力线modem采用集成电路LM1893。LM1893/2893是美国国家半导体公司出品的电力线载波通信芯片，可用来实现数据及语音在电力线上的传输。LM1893采用FSK调制方式，内置自动电平控制(ALC)电路，内置可选择的脉冲噪声滤波器，输出功率极易提升10倍，载频范围50kHz~300kHz可任意选定，接收灵敏度达2mV，可驱动任何常规电力线。

如图2，在LM1893的收发控制器(5脚)输入高电平时，LM1893处于发送状态。音频信号经调制器(MOD)调制后变成受控电流信号，送入电流控制振荡器(ICO)，形成频率受电流控制的三角波，再经正弦波形成电路(SINE SHAPER)形成正弦波，通过自动电平控制(ALC)电路和输出功率放大器(OUTPUT AMP)后输出幅度稳定的频率受调于输入信号的正弦波信号，在10脚送入电力线接口。

当LM1893的收发控制器(5脚)输入低电平时，LM1893处于接收状态，由电力线接口电路送来的高频信号经限幅器(LIMITER)限幅后，送入解调电路(鉴频器[PHASE DET]和锁相环[PLL])；解调后经阻容低通滤波器进行环路滤波，馈入电平偏移抵消电路(OFFSET CANCEL)滤除直流分量，经比较器(COMP)判别后得到数字信号，通过脉冲噪声滤波器(IMPULSE NOISE FILTER)滤除脉冲尖峰干扰后输出。但是在接收通道中，鉴相器以后的电路只能通过数据信号，而本系统中接收的是音频信号，因此直接在鉴相器后(3、4脚)取出解调信号。

发送/接收的载波频率由外接的振荡电容C0确定，可变电阻R0对载波频率F0进行微调。增大/减小C0或R0的取值，即可实现载波频率的增高或减低。C0的取值由下式确定

C0=70.6×10-6/F0 （１）

1.3 电力线接口

电力线接口(PLI)是电力线载波系统的关键部件之一，也是系统设计的难点。PLI由保护电路、选频耦合电路、隔离变压器等组成，目的是把LM1893同电力线隔离，在电力线上加载或析取信号。发送机的PLI和接收机的PLI相同，其电路如图3所示。



保护电路使用电阻和二极管组成的限幅电路，避免系统受瞬时过电压的干扰。这里的瞬时过电压包括电力线上感应的强雷电脉冲、电力线上传来的用电器造成的强尖峰干扰以及本设备谐振回路产生的峰值电压等。增大电阻限幅效果更好，但是信号被衰减更多，一般取4.7Ω。二极管可采用快速大功率齐纳管。

选频耦合电路是一个很重要的环节，它直接影响通讯的质量。图3中变压器T不但实现了与电力线的隔离，同时T的初级线圈和电容C0构成一个谐振回路，谐振频率为载波频率。为了最大限度地将信号耦合到电力线上，必须做到阻抗匹配，这就要求变压器T选择合适的变比。因此变压器T的设计是关键。设T的初级自感为L0，总损耗电阻为R0，匝数比为N，次级负载(电力线)阻抗为Z，反射阻抗为Zr，谐振回路中心频率为F0，带宽为BW，回路的品质因素为Q，则有：?

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angelsky2008

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