當今很多國家都已采用或即將部署智能電表系統(tǒng)，并采用自動遠程集抄方式。目前備受關注的是法國ERDF的Linky電表項目。歐盟最大的電力配電網(wǎng)運營商、法國電力集團(EDF)的子公司——法國電網(wǎng)輸送公司(ERDF)已經(jīng)啟動了一個涉及總數(shù)目3,500萬只電表的項目。從2012年至2017年，該項目將把法國國內的傳統(tǒng)電表統(tǒng)一更換成新型的Linky智能電表。這類智能電表通信采用了擴頻的頻移鍵控(S-FSK)電力線載波(PLC)技術。
安森美半導體在電表領域積累了十多年的豐富經(jīng)驗，為這一重要且快速增長的智能電表市場提供通用及穩(wěn)定的方案，包括最新推出的PLC調制解調器系統(tǒng)級芯片(SoC)，可廣泛用于智能電表、遠程控制/家居顯示屏(IHD)、太陽能逆變器、智能插座及智能街道照明等應用。
安森美半導體的PLC調制解調器技術特點及優(yōu)勢
安森美半導體在電力線載波調制解調器領域擁有10年的在傳統(tǒng)及分體式電表抄表的應用及400多萬片量產(chǎn)驗證經(jīng)驗。此前先后推出了AMIS-30585和AMIS-49587 PLC S-FSK調制解調器方案，這兩款均支持采用24 MHz時鐘的ARM7TDMi內核，支持的載波速率分別為1,200bps和2,400bps，支持歐洲電工標準化委員會(CENELEC)頻段，分別是 A(9--95 kHz)和A，B(9-125kHz)頻段。
以AMIS-49587 PLC調制解調器為例，它提供高集成度、符合IEC61334-5-1標準的低功耗PLC方案，用于智能電表系統(tǒng)自動讀表及管理、街道照明控制、智能電力插頭(power plug)和建筑物自動化等應用。AMIS-49587提供集成單芯片方案，幫助簡化設計、降低開發(fā)及應用成本，并加速上市進程。它基于ARM7TDMI 處理器內核，同時內嵌了物理層和(MAC)層。而大多數(shù)競爭方案需要復雜的嵌入式軟件來執(zhí)行與AMIS-49587相同的功能。它具有自動中繼器 (repeater)功能，進一步提高通信可靠性，通信成功率比其它可選及現(xiàn)有方案更高。AMIS49587藉板載低抖動鎖相環(huán)(PLL)與交流主電源 (mains)信號同步，內嵌的濾波器提供優(yōu)異的白噪聲(white noise)及窄帶干擾抑制性能。AMIS-49587具備高集成度和內嵌協(xié)議處理，設計人員無需涉及PHY和MAC協(xié)定傳輸細節(jié)問題。這器件能夠幫助節(jié)省多達50%的軟件開發(fā)耗費，從而加快上市時間，降低總成本。
AMIS-49587是一體式方案，支持PLC現(xiàn)場部署要求的3種不同模式：MASTER (集中器)、SLAVE (電表)和SPY (給測試人員的原始數(shù)據(jù))。本地微控制器(MCU)至PLC調制解調器進行串行通信，它是半雙工，標準不歸零(NRZ)格式，8個數(shù)據(jù)位1個停止位，可設定波特率(4,800、9,600、19,200和38,400波特)、3.3 V額定供電電壓(通信引腳電平容限為5 V)。
這種PLC調制解調器具有許多優(yōu)勢。例如，片上實現(xiàn)物理層(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)層，重點在于應用層能在不到一個季度的時間內開發(fā)出全套互操作PLC方案，因此方案更安全、上市速度更快。此外，安森美半導體在此領域積累的現(xiàn)場10年、400萬片量產(chǎn)驗證了該方案的可靠性。同時，自動應用可信值/中繼提供了通信可靠性的保證。由于包含16位分辨率的模擬前端，它也具有極優(yōu)的噪聲免疫性，免受不同類型噪聲影響。
這種PLC調制解調器的優(yōu)勢包括：組網(wǎng)方式靈活，方便維護;采用易用/藉串行接口配置;同時兼容單相和多相;該方案比基于數(shù)字信號處理器(DSP)的方案能耗更低。
圖(1)中方案的核心是PLC 調制解調器，AMIS-49587。為了增大發(fā)送信號功率Line Driver NCS5650把信號濾波放大后，通過變壓器將S-FSK信號耦合到到電網(wǎng)上。NCS5650的電流驅動能力高達2A，其雙級運放結構只需要幾個阻容器件就可以配置成4階低通濾波器，濾除掉載波頻率以上的高頻諧波，防止其進入配電網(wǎng)。高階濾波器的設置是為了滿足歐盟嚴格的電力線信號注入標準的要求，比如 EN 50065。
FSK的接收是將變壓器耦合過來的信號經(jīng)過49587內部運放組成的濾波器進行高通濾波，濾除50Hz信號后，再在內部進行FSK解調，以還原成數(shù)字信號。IEC 61334-5-1的系統(tǒng)需要50Hz過零信號同步，49587有過零檢測引腳對50Hz進行檢測。如果系統(tǒng)對隔離有嚴格要求，50Hz檢測信號可以增加光電耦合器進行隔離。
NCN49597是安森美半導體新系列PLC調制解調器的最新產(chǎn)品，集成了低功耗32位ARM Cortex M0處理器及高精度模擬前端，可以支持多種協(xié)議。該器件基于雙4,800波特擴頻型頻移鍵控通道技術，優(yōu)化了能效和性能，同時提供極佳的強固性及可靠性，使其能在最嚴格的環(huán)境下工作。
NCN49597完全符合現(xiàn)行的IEC61334-5-1標準，同時與其前身AMIS49587保持引腳對引腳及功能兼容性，從AMIS- 49587可以很容易地升級至NCN49597。新器件增加了多種創(chuàng)新特性，如現(xiàn)場可編程(32kB空間)、雙載波、自動位同步(Auto Bit Sync)，以提升通信穩(wěn)定性，簡化應用及使用。
NCN49597支持多種協(xié)議，符合歐洲電工標準化委員會(CENELEC) A至D(9-148.5kHz)頻段的可編程載波頻率，速度更高，更穩(wěn)定。這器件能夠采用50 Hz或60 Hz的交流(AC)電壓及直流(DC)電壓工作，增大了其應用范圍。它可以直接驅動LCD液晶屏，具有更高信噪比和更寬的載波頻段。NCN49597多載波技術采用并行的兩個S-FSK載波通道，每個通道都有兩組載波，波特率可達4800 bps;每個通道內的載波可以互相穿插。
安森美半導體PLC調制解調器技術支持
安森美半導體為PLC調制解調器提供全面的技術支持。評估套件AMIS-49587EVK包含2個PLC調制解調器，用于客戶端與服務器之間配置通信;套件包含的開源圖形用戶界面(GUI)可用于配置端到端通信。軟件支持的PC工具包括可以用來測試和評估載波通信的PLC終端工具;工具使用C# 開發(fā)，有可以在Linux平臺上運行的版本。為了提高客戶的開發(fā)速度，安森美半導體還提供PLC模塊系統(tǒng)(圖2)和PLC模塊產(chǎn)品(圖3)。
結論
安森美半導體服務于PLC智能電表領域已有十多年的經(jīng)驗，先后推出了AMIS-30585和AMIS-49587等經(jīng)過驗證的PLC調制解調器產(chǎn)品及NCS5650 PLC線路驅動器，這些產(chǎn)品具有先進的技術特點及應用優(yōu)勢。安森美半導體最新推出的NCN49597 PLC調制解調器系統(tǒng)級芯片(SoC)，使用了諸如ARM Cortex等經(jīng)證明的技術，使得應用方案既沒有風險且簡便易用，是智能電表等應用的理想選擇。安森美半導體同時提供包括評估套件、軟件、PLC模塊系統(tǒng)及PLC模塊產(chǎn)品等在內的技術支持，幫助客戶加快產(chǎn)品開發(fā)及上市進程。
