在我們的行業(yè)中似乎一遍又一遍地發(fā)生的一件事是一個新產品領域的出現(xiàn)，它在工程領域引起了巨大的轟動，然后在黑暗干燥的角落里苦苦掙扎多年。技術聽起來不錯！我們可以用它來徹底改變我們的產品。然后，隨著一些公司提供一些新版本，這項技術逐漸衰落并徘徊了幾年。但是，它從來沒有真正成為大時代。幾年后，它終于成為一種非?？尚械姆椒?，并在各地使用。

這種情況經常發(fā)生，因為產品并沒有真正達到炒作產生的預期?；蛘?，可能有如此多的競爭版本，以至于沒有人完全弄清楚該轉向哪種方式。然后技術成熟并運行良好，你會看到它在你轉向的任何地方都被使用。

在我看來，電力線通信 （PLC） 就是這種情況。幾年前，PLC 似乎是許多通信問題的解決方案。但后來它消失了，現(xiàn)在它似乎終于開始大踏步前進了。它被用于公用事業(yè)智能電網和抄表應用程序、家庭自動化以及我們稍后將討論的許多其他領域。當然，它的一大優(yōu)勢是不需要新的布線。而且，PLC 可以在相當長的距離上使用。

實際上，通過電力線發(fā)送數據在很久以前就被認為是一件好事。在用于配電的同一對電線上發(fā)送通信信號的概念可以追溯到 1924 年實現(xiàn)“電力電路載波傳輸”的專利。用于語音電話的 PLC 始于 20 世紀初，并于 1920 年代末在歐洲和美國普及。

電力線通信方式現(xiàn)在分為寬帶和窄帶。寬帶用于在家中發(fā)送高速數據，如以太網，而窄帶則以更悠閑的速度工作，用于公用事業(yè)抄表、工業(yè)命令和控制、家庭自動化和許多照明控制應用。

可以肯定的一件事是，PLC 的工作環(huán)境很艱苦。未絞合的電源線不僅起到天線的作用，而且在工業(yè)環(huán)境或家庭中總是有多個電路，通信信號可能必須先到達主電路面板，然后再到達目的地接收器。來自主面板的每個電路都有多個抽頭，創(chuàng)建了一個非常復雜的阻抗和噪聲環(huán)境，以便在其中發(fā)送射頻信號。電源線通常是一種極其困難和嘈雜的通信介質，其特點是幾種不可預測的強烈干擾形式。

寬帶PLC

特別是寬帶系統(tǒng)在抑制干擾和產生干擾方面都遇到了困難。HomePlug AV 于 2005 年推出，現(xiàn)已成為寬帶 PLC 的中流砥柱。適配器可用于宣傳 200Mbps、500Mbps 和現(xiàn)在超過 1Gbps 的物理速率。雖然 HomePlug 連接的理論最大速度可能為 200Mbps，但大多數實際產生的速度約為 30Mbps 到 50Mbps——只要它可靠且一致，在大多數情況下仍足以將視頻從路由器傳輸到電視。HomePlug 已獲得 IEEE? 1901 規(guī)范的批準，可確保互操作性。

窄帶PLC

但今天我們想談談窄帶電力線通信。

長距離電力線（交流和高壓直流）的通信是電網基礎設施的重要組成部分。自動化公用事業(yè)抄表現(xiàn)在是無處不在的常態(tài)。照明、暖通空調和電器的家庭自動化是一個重要且不斷增長的使用領域。所有這些領域都在使用窄帶PLC。工業(yè)控制系統(tǒng)的設計者正在利用這項技術。其他迅速出現(xiàn)的應用包括路燈、自動售貨機、太陽能電池板和電動汽車充電的控制。

用于使用電力線的通信技術已經發(fā)展。最初部署的方案包括基本單載波頻移鍵控 （FSK） 和相移鍵控 （PSK） 調制的變體。這些技術在可靠地應對惡劣的電力線環(huán)境的能力方面受到限制，因此，早期的 PLC 系統(tǒng)遇到了問題。

目前窄帶有兩個主要標準：G3 和 PRIME。一般來說，G3（或類似的 IEEE P1901.2）標準更側重于魯棒性。對于工業(yè)應用，您必須確定數據會到達，也許不是以最快的速度到達，但它確實到達了。G3 提供 20.36Kbps、34.76Kbps 和 46Kbps（帶編碼）數據速率、前向糾錯 （FEC） 以及與 6LoWPAN/IPv6 的兼容性。G3 在歐洲的 CENELEC-A 或 –B 頻段 （20Kbps–40Kbps） 上運行，并可用于整個 FCC 頻段，在美國提供高達 400Kbps 的數據速率。它提供第 2 層 128 位 AES 加密以提供數據安全性。

OFDM 解決問題

G3 和 PRIME 使用正交頻分復用 （OFDM），這是一種通過噪聲信道傳輸大量數字數據的技術。它結合了許多慢速數據速率的載波以形成整體更高的數據速率。自動選擇一組載波頻率或信道以遠離干擾。多個子信號以不同的（正交）頻率同時傳輸。每個數據子載波都使用 PSK 或 QAM 進行調制。這與糾錯一起確保在非常嘈雜的環(huán)境中可以無錯誤地接收數據。

圖 1. 多個等幅 OFDM 子載波的頻譜。

使 OFDM 成為實際傳輸系統(tǒng)的技巧是將子載波調制率鏈接到子載波。通過將子載波間隔設置為符號率的倒數，峰值和零點完美對齊，這樣在任何子載波頻率上，子載波都是正交的，并且它們之間沒有干擾。

用于工業(yè)控制的窄帶 PLC 控制器 IC

一些芯片供應商制造支持 PRIME、G3 和 IEEE 1901.2 標準的控制器。OFDM 以及糾錯技術使窄帶 PLC 在其典型的電噪聲環(huán)境中非常適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。這些技術確實使用了一些非常繁重的數學函數，并且需要一些強大的計算能力?，F(xiàn)在這不是什么大問題，但請確保您選擇的控制器芯片有能力處理您的特定環(huán)境。

窄帶 PLC 控制器 IC 的一個例子是 Maxim 的 ZENO MAX79356，它使用兩個流水線 32 位 RISC 處理器。該芯片已通過 G3-PLC 認證，其可編程性確保它可以處理標準的修訂和國家變化。

MAX79356 在聆聽模式下的最大功耗僅為 80.6mW。該 IC 包括一個完整的模擬前端 （AFE） 并具有一個 AES-CCM 加密引擎，以實現(xiàn)高安全性。它采用 48 引腳 LQFP 封裝，工作溫度范圍為 -40° 至 85°C。

審核編輯：郭婷