电力线MAC/PHY集成收发器INT51X1及其应用

电力线通信ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）技术是利用配电网中／低压线路传输高速数据、话音、图象等多媒体业务信号的一种通信技术，目的是通过低压线路来为用户提供一种"无新线（Ｎｏ ｎｅｗ ｗｉｒｅ）"的宽带接入方案；而用中压线路来为配电网自动化提供一个可靠的数据传输平台。由于该技术的发展前景十分看好，因此，早在２０世纪９０年代初，一些国家即开始在这方面进行研究，但由于技术不成熟，发展速度缓慢。进入２１世纪以来，随着ＰＬＣ技术的突破，电力线通信技术的发展速度明显加快?目前正朝着实用化方向发展。

电力线不同于普通的通信线路，它的信道具有时域上不恒定、不可控的特点。因此，必须采取抗干扰、抗阻抗失配、抗多径衰落的有效技术手段，并需解决好信号冲突问题，才可能用电力线作为传输媒质，从而实现高速数据通信。多载波正交频分复用（ＯＦＤＭ）是解决这些问题的有效方法。该技术利用电力线的高频频谱资源，以多个相互正交的载波对数据进行调制，最终将串行数据流变换为并行处理；其调制和解调过程可利用傅立叶变换对ＤＦＴ／ＩＤＦＴ来实现。Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司推出的ＩＮＴ５１Ｘ１芯片是当前最完善的ＯＦＤＭ处理芯片，它符合ＨｏｍｅＰｌｕｇ １．０．１技术标准，传输速率最高可达１４Ｍｂｐｓ。而且，它集成有ＵＳＢ １．１、以太网和ＭＩＩ／ＧＰＳＩ接口以及ＡＤＣ、ＤＡＣ和ＡＧＣ控制器，使用比较方便，从而为ＰＬＣ通信装置的研究开发提供了一款比较理想的解决方案。

１　ＩＮＴ５１Ｘ１的功能结构及主要特性

ＩＮＴ５１Ｘ１是专用于电力线的ＭＡＣ／ＰＨＹ集成收发器，它使用Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司专有的电力数据包（ＰｏｗｅｒＰａｃｋｅｔ）正交频分复用技术，有８４个子载波，采用ＲＯＢＯ／ＤＢＰＳＫ／ＤＱＰＳＫ调制方法；ＩＮＴ５１Ｘ１可根据收发端信噪比来分配子载波，以克服噪声及多径衰落的影响；它在低信噪比信道中完成同步不需要导频。其内部结构如图１所示，可以看出由Ｉ／Ｏ模块、ＰｏｗｅｒＰａｃｋｅｔ ＭＡＣ模块、ＰｏｗｅｒＰａｃｋｅｔ ＰＨＹ模块以及ＡＤＣ／ＤＡＣ模块组成。

在ＩＮＴ５１Ｘ１中，ＰｏｗｅｒＰａｃｋｅｔ ＭＡＣ模块主要完成链路层功能，是芯片的核心部分，本模块包括一个精简指令集（ＲＩＳＣ）的处理器内核、一个含有ＯＦＤＭ数据处理、加密／解密算法和信道优化算法的程序存贮器（ＲＯＭ），还有一个链接序列、数据存贮器（ＲＡＭ）以及两个直接数据传送通道（ＤＭＡ）。从用户发往电力线网络或从物理层来的所有数据都可在ＭＡＣ模块中通过一定的算法进行信号处理。ＭＡＣ采用载波侦听多路存取／冲突避免（ＣＳＭＡ ／ＣＡ）协议来访问公共的电力线信道，并辅以自动重传请求ＡＲＱ和电力数据包的优先权机制，从而确保了传输的可靠性。而且，由于电力数据包优先等级可灵活设定，因而使得ＩＮＴ５１Ｘ１具有较强的突发段处理能力。而允许电力线上的多帧传输则极大地减轻了对网络收端的要求，并使得网络吞吐量达到最大，从而保证了最短延迟时间和最优的信号稳定性。此外，ＭＡＣ还具有流量控制功能。ＩＮＴ５１Ｘ１的这些功能可确保在特别恶劣的电力线信道上也能为用户提供优良的服务品质（ＱｏＳ）。

ＰｏｗｅｒＰａｃｋｅｔ ＰＨＹ模块主要用来实现物理层功能，提供建立、维持和拆除物理连接的电气手段，保证电力线上比特流的透明传输。本模块主要由一个物理层逻辑序列、一个与ＭＡＣ子层ＤＭＡ通道对应的先进先出（ＦＩＦＯ）堆栈以及一个前向模拟通道组成，此外，还集成有对外加运算放大器的自动增益控制（ＡＧＣ）功能。它的前向模拟通道包含一对高速的１０位Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器，采样速度为５０Ｍｂｐｓ，该模块的参考电压独立于片内，可低功耗操作。在其后接入运算放大器和滤波器，然后通过电力线耦合装置便可与电力线进行连接。

Ｉ／Ｏ模块中集成了ＭＡＣ与主机、外围设备间的各种接口，因此，功能非常丰富。与主机的接口有ＵＳＢ接口、媒质独立接口ＭＩＩ或通用串行接口ＧＰＳＩ（选用）、管理数据接口ＭＤＩ；与外设的接口有Ｅ２ＰＲＯＭ接口ＳＰＩ、仿真接口ＪＴＡＧ以及用于运行状态监视的ＬＥＤ接口。在这些接口中，ＭＩＩ是一种标准工业接口，其发送／接收都以四位并行方式进行，并由ＭＡＣ时钟同步，同时，ＭＩＩ还带有ＣＳＭＡ／ＣＤ协议。ＧＰＳＩ是一种灵活的双向串行接口，接口线数目少于ＭＩＩ。当主机通过ＭＩ