基于cpld的高压电力线fsk modem设计

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1、基于CPLD的高压电力线FSKMODEM设计

2、第1关键词：CPLDFSKMODEM1国内电力线载波的应用在电力系统中，由于电力线载波使用坚固可靠的高压电力线作为信号的传输媒介，可节省大量的通道建设投资，再加上电力线载波信息传输稳定可靠、路由合理、安全保密以及能够同时复用远动信号等特点，使得这种电力系统独有的通信方式在数字微波、一点多址、光纤、特高频等通信方式相继出现的今天仍得到持续的发展。由于数据信号的信噪比决定传输距离的远近，因此电力线载波通信的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波专用MODEM芯片。国外在电力线载波通信技术方

3、面发展较早，多家国外公司陆续推出了自己的电力线载波MODEM芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。由于国外电力线载波MODEM芯片是针对本地区电网特性和结构的，且一般是针对家庭内部自动化而设计，因此在国内使用都难尽如人意。ω0=2πf，f为基频，就是方波的频率。所以我们可以在CPLD的FSK信号输出端后，加入一个低通滤波器来滤除方波的高频谐波分量，滤波器输出的则是对应于方波的同频率的正弦信号，经过缓冲放大后即可输出FSK信号。3.2解调部分FSK信号是通过波形变换电路（由比较电路及缓冲放大电路组成）变换成为同频同相的方波。C

4、PLD对方波进行频率识别，并在数据输出端输出解频后的数据流。3.3技术指标载波上限频率—3260Hz。载波下限频率—2460Hz。载波中心频率—2860Hz。波特率—300bps，600bps，1200bps。调制方式—FSK。数据为'1'时，输出在2860～3260Hz之间的正弦波；数据为'0'时，输出在2460～2860Hz之间的正弦波。图4过零检测电路4硬件设计4.1输入缓冲及输出缓冲计算机一般是通过串口传输数据，所以要用RS232TTL转换芯片MAX232来进行电平转换，同时通过缓冲器CD4050来隔离并驱动后级，如图2所

5、示。4.2输出滤波器，输出放大器因为需要滤掉载波下限频率的三次倍频7380Hz（2460Hz×3）以上的频率，因此该滤波器的截至频率设计为4000Hz（>3260Hz）。为了减小体积，这里采用了Maxim公司的开关电容（sAX7411。MAX7411是一个五阶低通椭圆开关电容滤波器，具有非常快的下降度且电路十分简洁。图3是由MAX7411构成的滤波器。INPUT为输入频率fIN，OUTPUT为输出频率fout'CLOCK为截至频率fc。该滤波器的效果如表2所列。由表2可见，在1.25fc处信号衰减达到-38.5dB，已经可以

6、忽略了。表2MAX7411的滤波参数参数条件最小典型最大单位插入增益fIN=0.38fc-0.4-0.20.4dBfIN=0.68fc-0.40.20.4fIN=0.87fc-0.4-0.20.4fIN=0.97fc-0.40.20.4fIN=fc-0.7-0.20.2fIN=1.25fc　-38.5-34fIN=1.43fc　-37.2-35fIN=3.25fc　-37.2-35我们的截止频率是4000Hz，即4000=1.25×fC。所以fc=3200Hz。该频率由CPLD产生。为了能够推动后级设备，必须在滤波器之后加上输出放

7、大器，这里采用FC411。电路为普通的反相放大器电路。4.3输入放大器和波形变换电路如图4所示，输入的FSK和正弦信号经过运放TLE2037放大后，输入比较器LM311进行过零点检测。由于在接地处有较强的噪音，因此必须在电路设计上考虑抗干扰的问题，如采取隔离、浮地等措施。LM311是一款高速比较器，比较速度最在为165ns，它的输出兼容TTL和MOS电路。LM311通过过零检测，把FSK波形转换成方波输入CPLD，由CPLD进行频率分析，从而实现解频的目的。5软件设计该系统软件最主要的部分就是调制和解调软件的设计，还有一部分是滤波

8、器的时钟产生及工作状态指示与工作模式选择。此系统可以选择300bps、600bps、1200bps三种波特率，由外部的跳线决定。工作指示用来指示波特率及系统是否繁忙。如果需要还可以输出同步的时钟信号。5.1调制部分如图5所示，在时钟的上升沿检测数据输入引脚的状态，如果状态变化，则检测当前的波形是否完整（为了保证相位的稳定，要求必须在最靠近波形零点的地址切换频率），如是则切换输出频率。5.2解调部分如图6所示，在时钟的上升沿检测FSK信号的频率，并切换输出的数据。结语原来采用MCU调制和解调，但是MCU的速度极大的影响了系统性能，尤

9、其是抗干扰能力，使得决定采用高速的比较器和CPLD来进行调制和解调，使得系统的整体性能得到了较大的提高，目前已用于100kV的高压电力线上的控制数据传输。