基于cpld的高压电力线fsk

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1、基于cpld的高压电力线fsk摘要：介绍应用CPLD实现非标准的FSKMODEM的设计方法；探讨如何优化算法和改良电路来减少系统的误码率，并给出应用电路。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

2、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。图1FSKMODEM系统组成电力线载波MODEM芯片虽然容易使用，但它的中心频率和频偏比较固定，对特殊的应用场合就难以发挥作用。因此有根据特殊应用来开发电力线载波MODEM的必要。以下讨论的就是一个应用于100kV的高压电力线FSKMODEM的设计。2实现电力线载波通信的难点由于电力线是给用

3、电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制，因此电力线通信具有以下特点。①配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。②三相电力线间有很大信号损失（10dB～30dB）。通信距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。③不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线-地耦合和线-中线耦合。与线-中线耦合方式相比，线-地耦合方式电力载波信号损失十几dB，但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适用。图2RS232-TTL转换及缓冲电路④电力线存在脉冲干扰。目前国内使用的

4、交流电频率为50Hz，周期为20ms。在每一交流周期中，出现两次峰值。两次峰值会带来两次脉冲干扰，因此电力线上存在固定的100Hz脉冲干扰，干扰时间约2ms。为了保证数据传输的可靠性，必须加以处理。有一种利用波形过零点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现场通信数据帧又比较长，所以难以应用。⑤电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1Ω以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几km。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十m。因此，只有通过进一步提高载波信号功率来满足数据

5、传输的要求。提高载波信号功率会增加产品成本和体积。因此电力线上的高削减、高噪声、高变形，使电力线成为一个不理想的通信媒介；但由于现代通信技术的发展，使电力线载波通信已成为可能。3系统组成及工作原理如图1所示，系统主要由两部分组成：调制部分和解调部分。待解调的二进制数据流通过输入缓冲器后进入调制模块。调制模块输出的FSK方波经过输出滤波器和输出放大器后，变成FSK正弦波耦合到线路上。待解调的FSK正弦波通过输入放大器，波形变换电路变换成为FSK方波，在输入到解调模块解频之后，经过输出缓冲器就可以得到二进制数据流。在下面我们将对这两部分作详细进行说明。3.1调制部分调制方式为F

6、SK，数据为'1'时，输出在2860～3260Hz之间正弦波；数据为'0'时，输出在2460～2860Hz之间的正弦波。输入的二进制数据流经过缓冲隔离后，由CPLD采样来判断当前输入电平的高低，并在FSK信号输出端产生相应频率的方波。表1为二进制数据对应的方波频率表。表1调制规则表逻辑电平值方波频率值H2860Hz3260Hz）。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'CL

7、OCK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4000