專利名稱：一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路。
背景技術(shù)：
電力線載波通信作為一種“無新線”技術(shù)，利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)作為通信媒體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括智能電網(wǎng)的電能管理、工業(yè)控制應(yīng)用、智能家居、安防監(jiān)控等。雖然電力線載波技術(shù)與通過光纖和明線實(shí)現(xiàn)通信的技術(shù)相比，具有可靠性和準(zhǔn)確性以及抗干擾的能力、接收靈敏度方面較差的缺點(diǎn)，但是電力線載波技術(shù)通過發(fā)展選頻、中繼、擴(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)基本上克服了電力線傳輸中存在的高衰落、高干擾等問題。選頻可以盡量避免選擇性衰落；中繼則解決了電力線傳輸損耗較大的問題；擴(kuò)頻和自適應(yīng)調(diào)制提高了平均信噪比，減小了信號(hào)誤碼率。加上電力線載波在投資成本和運(yùn)行費(fèi)用低；施工周期短；維護(hù)工作量小等方面的優(yōu)點(diǎn)，從國(guó)家電網(wǎng)的智能電表招標(biāo)情況來看，載波表將成為主流，由此也驗(yàn)證了電力線載波技術(shù)將是智能電網(wǎng)未來發(fā)展的方向。電力線載波需要強(qiáng)大的載波芯片來克服電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑S多限制，例如電力載波信號(hào)智能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送；智能在單相電力線上傳輸；不同信號(hào)耦合方式使電力線載波信號(hào)的損失不同；電力線自身的脈沖干擾，加大了應(yīng)用難度；電力線對(duì)載波 目號(hào)有聞裳減等。通常的載波集成電路使用外差結(jié)構(gòu)，先放大信號(hào)，然后混頻，之后通過陶瓷濾波器進(jìn)行窄帶濾波，再進(jìn)行中頻解調(diào)，得到傳輸?shù)男盘?hào)。這樣的方案中陶瓷濾波器起到很好的窄帶抑制作用，但是很難集成入芯片，原因有兩個(gè)，一是窄帶濾波器的Q值很高，難以在芯片中實(shí)現(xiàn)；二是即使能夠集成入芯片，集成電路工藝、溫度、電壓等無法避免的參數(shù)偏差難以保證高Q值濾波器的中心頻率及帶寬，偏差將使濾波器的選擇性大大喪失，直接導(dǎo)致解調(diào)靈敏度和性能的大幅降低。另外，電力線中有大量的干擾，前端接收放大電路如果沒有高抑制比的放大電路，陶瓷濾波器的帶寬再窄也無法提高系統(tǒng)的信噪比。然而高抑制比意味著帶寬的設(shè)定必然會(huì)受到集成電路工藝、溫度、電壓等影響，需要設(shè)定足夠多的裕量允許參數(shù)的變化，但是如此，系統(tǒng)的選擇性難以保證，將直接影響系統(tǒng)靈敏度和信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提出一種自校準(zhǔn)的概念，充分利用電路中的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘作為基準(zhǔn)，把前端的放大電路校準(zhǔn)在設(shè)定的中心頻率，從而保證高選擇性，同時(shí)把陶瓷濾波器集成入芯片的同時(shí)，也使用自校準(zhǔn)技術(shù)，使中心頻率校準(zhǔn)在設(shè)定值上，完全保證系統(tǒng)靈敏度和信噪比。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于包括用于產(chǎn)生諧振頻率并且由自校準(zhǔn)控制信號(hào)控制的諧振模塊(I);
用于在諧振模塊(I)的作用下放大輸入的載波信號(hào)、抑制輸入噪聲的放大器模塊 ⑵；用于檢測(cè)放大器模塊(2)的信號(hào)能量、與參考時(shí)鐘比較頻率、送出自校準(zhǔn)控制信號(hào)至諧振模塊⑴的校準(zhǔn)模塊⑶；用于把放大器模塊(2)放大的載波信號(hào)進(jìn)行頻率改變和諧波抑制的變頻模塊 ⑷；用于把變頻之后的載波信號(hào)進(jìn)行濾波篩選的選頻模塊(5)；用于檢測(cè)選頻模塊(5)的信號(hào)能量、與參考時(shí)鐘比較脈寬、進(jìn)行自校準(zhǔn)的選頻校準(zhǔn)模塊⑶;用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考頻率的晶振模塊(7)；用于把晶振模塊(7)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行三組分頻，分別送入校準(zhǔn)模塊(3)、變頻模塊⑷、選頻校準(zhǔn)模塊(6)作為參考時(shí)鐘的分頻模塊(81)、(82)、(83)；用于抽取加載在已變換頻率的載波信號(hào)上的數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)模塊(9)；用于整形數(shù)據(jù)信號(hào)的濾波器模塊(10)；其中放大器模塊(2)、校準(zhǔn)模塊(3)、變頻模塊(4)、選頻模塊(5)、選頻校準(zhǔn)模塊
(6)、晶體模塊(7)、分頻模塊(81)、(82)、(83)、解調(diào)模塊(9)、和濾波器模塊(10)是集成在同一片集成電路上的，諧振模塊(I)的部分器件也集成在集成電路上。所述諧振模塊(I)是由電感、電容組成的并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，諧振在接收頻率點(diǎn)上。所述放大器模塊(2)為低噪聲放大器LNA，用于把輸入的信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大。所述變頻模塊(4)為混頻器mixer，作用是把輸入的載波信號(hào)與參考時(shí)鐘進(jìn)行乘法運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為中頻頻率的載波，便于后級(jí)的信號(hào)處理。組。路。
所述選頻模塊(5)是選取所需頻率、抑制其他頻率的有源帶通濾波器。
所述晶振模塊(7)是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率的晶體振蕩電路。
所述分頻模塊(81)、(82)、(83)是將晶體頻率根據(jù)各自的設(shè)定進(jìn)行分頻的分頻器所述解調(diào)模塊(9)是把已經(jīng)轉(zhuǎn)換為中頻的載波中加載的信號(hào)恢復(fù)出來的解調(diào)電
所述濾波器模塊(10)為有源低通濾波器。
本發(fā)明的有益效果為
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，諧振頻率通過自校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確度不受工藝、溫度、電壓的影響，完全保證輸入信號(hào)的選擇性，使干擾信號(hào)在電路的最前端就能夠達(dá)到高抑制比，加上中級(jí)帶通濾波器的自校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高信噪比，是傳統(tǒng)方案所無法比擬的。另外，本發(fā)明以集成電路形式實(shí)現(xiàn)高集成度，節(jié)省電路板級(jí)空間和器件，材料成本降低， 使外形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有更大靈活多變的空間。更重要的是，與傳統(tǒng)方案相比，性能實(shí)現(xiàn)較大改善，生產(chǎn)調(diào)試的復(fù)雜性大大簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)效率。


圖I為本發(fā)明的電路組成示意具體實(shí)施例方式電力載波通信電路，是近距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)有線傳輸系統(tǒng)，通常使用外差一次變頻方式。如圖I所示，電力線上傳輸?shù)妮d波信號(hào)首先進(jìn)入耦合器進(jìn)行電壓變化，把電網(wǎng)電壓220V或IlOV變換為集成電路工作需要的3V或5V電壓，隨后是電感電容串聯(lián)的諧振模塊，用以濾除工頻50Hz的電網(wǎng)信號(hào)和其他干擾，然后信號(hào)進(jìn)入并聯(lián)諧振模塊，諧振模塊均由片外電感和片上電容組成，電感和電容諧振在載波頻率上，是對(duì)載波頻率的一個(gè)選擇性濾波，濾波器的帶寬由電感的Q值決定，濾除帶外干擾。信號(hào)濾波后進(jìn)入LNA進(jìn)行低噪聲放大，輸出級(jí)還接一個(gè)諧振模塊，同樣是由片外電感和片上電容組成，同樣諧振在載波頻率上，對(duì)放大后的載波信號(hào)再次進(jìn)行選擇性濾波，以達(dá)到保證后級(jí)的信號(hào)處理信噪比高的目的。每一個(gè)諧振模塊可以是一級(jí)，也可以是多級(jí)，取決于對(duì)帶外抑制的指標(biāo)要求和對(duì)成本的要求。在諧振模塊之后有一個(gè)校準(zhǔn)模塊，它提取諧振模塊輸出的頻率信號(hào)，與分頻模塊 81提供的參考時(shí)鐘進(jìn)行頻率比較，把比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再進(jìn)行模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換， 變?yōu)榭刂菩盘?hào)去控制諧振模塊中的電容量，調(diào)節(jié)諧振中心頻率。隨后，校準(zhǔn)模塊繼續(xù)提取頻率信號(hào)，比較、轉(zhuǎn)換、控制，直至達(dá)到諧振中心頻率與參考時(shí)鐘頻率完全一致，這樣實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)諧振模塊，參考時(shí)鐘是由晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)頻率分頻得到的。無論電感、電容的器件偏差，還是跟集成電路相關(guān)的制造工藝、溫度、電壓的變化，諧振模塊都能夠始終保證頻率準(zhǔn)確地諧振在設(shè)定的頻率點(diǎn)。LNA是對(duì)輸入信號(hào)的低噪聲放大，諧振模塊諧振在與輸入信號(hào)相同的頻率上，在 LNA的輸出級(jí)加一個(gè)諧振模塊，同樣諧振在與信號(hào)頻率相同的頻率上，因此LNA就如同一個(gè)帶了濾波器的放大器，把信號(hào)放大再帶通濾波，諧振模塊能夠被校準(zhǔn)到精度達(dá)到5%以下， 帶通濾波的中心頻率精度也能夠達(dá)到5%以下，完全保證了信號(hào)的選擇性，對(duì)帶外雜散信號(hào)進(jìn)行大幅度的抑制。輸出級(jí)的諧振模塊同樣可以由單級(jí)或多級(jí)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)方案中的LNA由于沒有校準(zhǔn)模塊的調(diào)節(jié)，通常帶寬設(shè)定得很寬，才能保證信號(hào)頻率的選擇范圍，這樣就不能很好地抑制帶外雜散，抑制通常指標(biāo)很差，對(duì)后級(jí)的混頻器的設(shè)計(jì)要求就要提高，比如鏡像干擾、諧波頻率的抑制就必須考慮等等。本發(fā)明通過使用校準(zhǔn)模塊，從根本上解決了選擇性的問題，LNA可以設(shè)置為窄帶寬，在系統(tǒng)的最前端就把信號(hào)以外的雜散極大程度的抑制，使后級(jí)電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，并且保證指標(biāo)要求。放大后的信號(hào)進(jìn)入混頻器Mixer，與分頻模塊82提供的參考時(shí)鐘進(jìn)行差頻，轉(zhuǎn)換為中頻。再送入其后的片上中頻濾波器，此濾波器是有源帶通濾波器，包括切比雪夫、巴特沃斯、貝塞爾等不同結(jié)構(gòu)類型的有源濾波器，根據(jù)帶寬的要求和帶外抑制的要求，通常設(shè)計(jì)為4-6階，階數(shù)越多，帶外抑制越好，但是片上占用的面積越大，帶來成本增加。此帶通濾波器同樣使用了自校準(zhǔn)技術(shù)，把中心頻率與分頻模塊83提供的參考時(shí)鐘進(jìn)行比較，通過把信號(hào)的周期脈寬與參考時(shí)鐘的脈寬進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果，用于調(diào)節(jié)電阻、電容的值，之后再提取信號(hào)脈寬進(jìn)行比較，直至與參考時(shí)鐘的脈寬完全一致。用此自校準(zhǔn)的方法，中心頻率的精度能夠達(dá)到1%，保證靈敏度和信噪比的指標(biāo)要求。傳統(tǒng)方案之所以使用片外陶瓷濾波器，一是由于陶瓷濾波器的高Q值實(shí)現(xiàn)的高選擇性，二是由于陶瓷濾波器的精準(zhǔn)度，此兩個(gè)原因使中頻濾波器在片上的集成非常困難，本發(fā)明中由于前端使用了高選擇性的LNA，極大程度地抑制了帶外雜散，使中頻濾波器的選擇性不需要做到如同陶瓷濾波器一樣的高Q值就能夠達(dá)到高選擇性，另外使用的自校準(zhǔn)技術(shù)很好地解決了精確度的問題，因此陶瓷濾波器的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)均在片上得到了解決，實(shí)現(xiàn)了高精度濾波器的集成。濾波器輸出變換為中頻的載波信號(hào)，進(jìn)行限幅放大后，再送入解調(diào)器解調(diào)出載波攜帶的通信信息。通過之后的低通濾波器進(jìn)行整形，輸出到片外。三個(gè)參考時(shí)鐘均由晶體振蕩器提供，并且根據(jù)各自的頻率要求，由各自的分頻器分頻得到。
權(quán)利要求
1.一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于包括用于產(chǎn)生諧振頻率并且由自校準(zhǔn)控制信號(hào)控制的諧振模塊；用于在諧振模塊的作用下放大輸入的載波信號(hào)、抑制輸入噪聲的放大器模塊；用于檢測(cè)放大器模塊的信號(hào)能量、與參考時(shí)鐘比較頻率、送出自校準(zhǔn)控制信號(hào)至諧振模塊的校準(zhǔn)模塊；用于把放大器模塊放大的載波信號(hào)進(jìn)行頻率改變和諧波抑制的變頻模塊；用于把變頻之后的載波信號(hào)進(jìn)行濾波篩選的選頻模塊；用于檢測(cè)選頻模塊的信號(hào)能量、與參考時(shí)鐘比較脈寬、進(jìn)行自校準(zhǔn)的選頻校準(zhǔn)模塊；用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考頻率的晶振模塊；用于把晶振模塊產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行三組分頻，分別送入校準(zhǔn)模塊、變頻模塊、選頻模塊作為參考時(shí)鐘的分頻模塊；用于抽取加載在已變換頻率的載波信號(hào)上的數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)模塊；用于整形數(shù)據(jù)信號(hào)的濾波器模塊；其中放大器模塊、校準(zhǔn)模塊、變頻模塊、選頻模塊、選頻校準(zhǔn)模塊、晶體模塊、分頻模塊、 解調(diào)模塊、和濾波器模塊是集成在同一片集成電路上的，諧振模塊的部分器件也集成在集成電路上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述諧振模塊是由電感、電容組成的并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路，諧振在接收頻率點(diǎn)上。
3.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述放大器模塊為低噪聲放大器LNA,用于把輸入的信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大。
4.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述變頻模塊為混頻器mixer，作用是把輸入的載波信號(hào)與參考時(shí)鐘進(jìn)行乘法運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為中頻頻率的載波，便于后級(jí)的信號(hào)處理。
5.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述選頻模塊是選取所需頻率、抑制其他頻率的有源帶通濾波器。
6.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述晶振豐吳塊是廣生標(biāo)準(zhǔn)頻率的晶體振蕩電路。
7.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述分頻模塊是將晶體頻率根據(jù)各自的設(shè)定進(jìn)行分頻的分頻器組。
8.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述解調(diào)模塊是把已經(jīng)轉(zhuǎn)換為中頻的載波中加載的信號(hào)恢復(fù)出來的解調(diào)電路。
9.如權(quán)利要求I所述的一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路，其特征在于所述濾波器模塊為有源低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶自校準(zhǔn)功能的電力載波通信電路。通過充分利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，使用自校準(zhǔn)技術(shù)，把系統(tǒng)的前端放大器做成一個(gè)帶高增益、高帶外抑制比的校準(zhǔn)濾波器，高效地保證了系統(tǒng)的高選擇性，同時(shí)系統(tǒng)中的帶通濾波器也使用自校準(zhǔn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高靈敏度和高信噪比。本發(fā)明的電路以集成電路形式實(shí)現(xiàn)，在節(jié)省電路板級(jí)空間和器件、降低材料成本、簡(jiǎn)化生產(chǎn)調(diào)試的復(fù)雜性、和提高生產(chǎn)效率等方面完成了極大的改善。
文檔編號(hào)H04B3/54GK102594405SQ201110352710
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者王瀾, 袁遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:美芯集成電路(深圳)有限公司