复合耦合技术在低压电力线载波通信接口电路设计中的应用

扰技术，如果能够很好地利用其多频段性，就可以克服窄带通信的缺点。ST7538 作为很有代表性的窄带通信芯片，在远程抄表、灯光控制、智能家电等领域已经有了广泛的应用。

除此之外，该芯片还有以下主要特点:

(1) 有8 个可编程( 载波) 频率，即60、66、72、76、82. 05、86、110、132. 5 kHz;(2) 内部集成电力线驱动接口，并且提供可编程电压控制和电流控制;(3) 可编程通信速率高达4 800 b /s;(4) 极低的功耗，在接收状态下功耗只有5 mW;(5) 接收灵敏度很高，接收灵敏度为1 mVRMS。

2. 2 接口电路框图

ST 7538 电力线收发信号通道框图设计如图2 所示。接收信号通道由耦合电路、滤波电路、保护电路、电压放大电路组成。发送信号通道由电压放大电路、功率放大电路、滤波电路、保护电路、耦合电路组成。

电力线接口首先是一个耦合电路，用于FSK信号的传输与接收，同时也是一个滤波系统，能可靠地过滤掉220 V/50 Hz 的电力信号、噪声信号和浪涌信号。

图2 ST 7538 的电力线收发信号通道框图。

由于希望系统使用时有较远的通信距离，就必须要求模块发送端有足够大的功率输出，而大输出功率的放大电路不宜长时间连续工作，否则容易过热损坏;若设计高要求的大输出功放
功放

功放是功率放大器的简称，即是在以定的失真率范围内，能产生最大功率输出来驱动某一负载(例如扬声器)的放大器，通常主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统，这时候就需要用到功放。由此可见，功放在一定程度上决定了系统输出的音质。 [全文]

电路，会增加系统成本。为此，系统采用如图2 框图中的发送放大电路电源
电源
电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。[全文]

控制，使系统只有处于发送状态时发送电路中的电压放大和功率放大电路才能得到合适的工作电源而工作;系统处于接收状态时，发送电路中的电压放大和功率放大电路因得不到电源而不工作;而模块中的接收信号通路的电压放大电路是始终工作的。

2. 3 耦合保护窄带滤波接口电路

根据上述接口电路的模型，可设计出低压电力线通信发送端的接口电路，如图3 所示。

图3 载波发送端接口电路。

在发送电路中，三极管
三极管

三极管是一种半导体电子器件，有3个引脚，晶体三极管分别为集电极（c)，基极（b)，发射极（e），电子三极管分别为屏极、栅极、阴极。能够把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也称双极型晶体管,晶体三极管。 [全文]

和变压器组成调谐功率放大电路。该谐振变压器TRANS4 有着双重作用: ① 耦合载波信号; ② 使通信电路与220 V/50 Hz的强电隔离，C14为耦合电容。

前级功放输出的信号经谐振网络选频，耦合到交流电力线上，其调谐回路的谐振频率应满足：

　　若将中心频率选在82. 05 kHz，C11 =1 000 pF，经计算可得电感
电感

能产生电感作用的元件统称为电感原件，常常直接简称为电感。电感器在电子制作中虽然使用得不是很多，但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。 [全文]

L 的取值在3. 76 mH左右。实用时，一般通过调节变压器一次绕组电感量来调节中心频率。C10 = 0. 56 μF，经计算可得电感L4 = 6. 73 μF( 实用L4 = 6. 8 μF)，变压器设计为部分接入功放，① 考虑阻抗匹配的需要;② 使变压器及电力线侧负载变化对谐振特性的影响最小。选取在电力线上的元件C10、C11、R35、CNR、L4时，既要考虑它们的通载波、隔离220 V/50 Hz 的强电能力，还要考虑器件的耐压和功率、电路使用的安全及有效性。R35、CNR 还兼有展宽通频带的作用，但信号增益有所下降。

变压器TRANS4 将电力线与接口电路的其余部分相隔离，发送信号送至电力线;然后，从电力线上取接收载波信号;最后，滤除来自电力线上的干扰噪声。

信号经变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35耦合至电力线上，变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35组成了带通滤波器
滤波器

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 [全文]

，而低压电力线阻抗R 具有时变特性。由此，可计算出经变压器二次侧、L4、C11、C10、CNR、R35和低压电力线阻抗R 组成的双口网络的电压转移函数:

　　式中，R、C、L 分别为双口网络的等效电阻
电阻

电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称