怎樣挑選適合智能電表的PLC調制調解器

近年來，在綠色節能意識的推動下，以智能電表為中心的智能電網成為歐美日中等諸多國家競相開展的一個重點領域。如歐盟委員會強制要求2022年前所有歐盟成員國的電表都替換為智能儀表。美國也計劃在每個家庭都裝置智能儀表。我國也在2009年5月開端提出構建剛強智能電網的設想，預備投資高達4萬億元，計劃閱歷當時的試點和2011年開端的建設等階段後，到2020年根本完成設想。在此推動下，電網技能面對著一場重要的革命，而不只是簡略的技能演進。

　　在智能電網中，智能電表發揮要害的作用，能夠運用戶與電力體係之間完成互動。如一方面協助電力組織了解用戶的用電規律，為頂峰用電或低谷用電設定差異化的電價；另一方面，用戶也能夠合理調整自己的用電計劃，然後優化電費開銷。從功用模塊來看，智能電表除了電源和計量模塊外，還觸及到數據存儲功用，需選用牢靠的存儲器；此外，雙向實時通訊是智能電網的重要特徵，故通訊模塊至關重要，需求挑選合適的通訊方法及相應的佳解決計劃。

　　實際上，智能電網是一個龐大體係，觸及電力、通訊及運用等多個層次，以及局域網(LAN)和廣域網(WAN)等不同網絡類型。其間，LAN銜接家庭或建築物內的不同類型的智能電表到數據集中器(concentrator)。就這一段的網絡銜接而言，一般它們對通訊速率的要求不高，主要的考慮要素是減少本錢，常見的通訊方法有無線射頻網絡，或有線的電力線載波(PLC)或電力線寬帶(BPL)等。詳細選用何種通訊方法，需求考慮各國電網實際情況等要素，一起先行先試國家的做法也會供給學習含義。

　　例如，在歐洲動力商場有重要影響力的法國電力(Electricit岢deFrance,EDF)於2009年中發動了當時上大的智能電表項目Linky，計劃到2017年在法國部署3,500萬個智能電表。這個項目為智能電表到數據集中器之間的通訊挑選了PLC技能，然後再運用通用分組無線業務(GPRS)技能將數據傳送到該公司的數據中心。考慮到我國的智能電網仍在試點階段，法國ERDF的挑選對我國等其他國家也具有學習含義。

　　PLC調制技能的挑選

　　雖然PLC技能供給了一種低本錢的挑選，但電力線的初衷並不是用於通訊，故在運用PLC通訊時也面對一些應戰。特別是規劃人員需求密切注意會出現的信號衰減和噪聲問題，反之也要求雜亂的收發器技能。

　　為了抑制由噪聲導致的信號衰減，減少誤碼率，並改善頻率功率，有必要運用合適的信號調制技能。實際上，電力組織在部署智能電表抄表體係時，有多種不同的調制方法，但主要的有三種，分別是正交頻分復用(OFDM)、相移鍵控(PSK)和擴頻型頻移鍵控(S-FSK)。

　　OFDM的理論帶寬較高，但實際上在低壓網絡中的噪聲條件下會損失很大一部分的帶寬，而且OFDM的運用本錢較高，作業時還消耗可觀的電能。PSK調制技能的運用本錢很低，但不是特別牢靠，功用會遭到相位噪聲影響，而且無法充分掩蓋較長距離。比較較而言，雖然S-FSK的數據率比OFDM低，但更擔任智能電表運用。這種調制技能能完成牢靠的通訊，一起運用本錢更低，消耗的電能也更少。因而，就當時的智能電網PLC運用而言，雜亂度低、商用潛力更大及有牢靠現場運用記載的S-FSK調制技能無疑是更合適的挑選。

　　實際上，法國ERDF的Linky項目規範中，物理層參考規範是IEC61334-5-1/EN50065，其間規定的調制技能就是S-FSK，通訊頻率為符號頻率(markfrequency,Fm)63.3kHz和空頻(spacefrequency,Fs)74kHz，傳輸速率2.4Kbps，並與50Hz電氣網絡頻率物理同步。

　　半導體PLC調制解調器的運用優勢

　　半導體在開發PLC調制解調器方面具有較長的歷史。速率1.2kb的AMIS-30585為早前推出，開始開發時就契合IEC61334規範(SFSK規範)，迄今已歷經8年的現場運用檢驗。新近推出的AMIS-49587是一款高集成度、契合規範的低功率PLC計劃，支持PLC現場部署要求的4種不同形式，如NO_CONFIG、MASTER(集中器)、SLAVE(電表)和SPY(給測試人員的原始數據)，十分合適智能電表以及智能街燈和智能插座等運用。與AMIS-30585比較，AMIS-49587支持2.4kb的更高半雙工可調節通訊速率速率，契合比如ERDF規範這樣的商場新要求，目前現已取得法國原設備制造商(OEM)的先期運用，在我國也已取得數家電表客戶的選用。兩款器材引腳對引腳兼容，為客戶供給了更大的規劃便利。

　　AMIS-49587契合IEC61334-5-1規範，為客戶供給很多運用優勢。例如，這器材根據ARM7TDMI處理器內核，一起包含物理接口收發器(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)層，使其以單芯片計劃結合了模倣調制解調器前端和數字後處理功用，而大多數競賽計劃需求雜亂的嵌入式軟件來履行與AMIS-49587相同的功用。規劃人員運用AMIS-49587調制解調器，能夠簡化規劃，能在不到一個季度的時間內開宣布全套互操作PLC計劃，還減少開發及運用本錢。實際上，根據AMIS-49587的調制解調器計劃中僅運用2顆IC(另一顆為NCS56502APLC線路驅動器)，外加16顆電阻、17顆電容、2個二極管、1個晶體和1個脈衝變壓器，總元件數量僅為39個，供給低物料單(BOM)本錢。

　　此外，AMIS-49587選用S-FSK調制技能，結合高分辨率的濾波算法，配以主動可信值/中繼器(repeater)功用，供給根據長距離電力線的高牢靠性數據通訊。通訊誤差比其它可選及現有計劃更低。這器材藉板載低顫動鎖相環(PLL)與交流主電源(mains)信號同步。因為包含16位分辨率的模倣前端，使器材具有極優的噪聲免疫性和的接納靈敏度。

　　AMIS-49587的易用性也很。因為內嵌協議處理功用，使規劃人員無需觸及PHY和MAC協議傳輸細節問題，節省多達50%的軟件開發消耗，然後加速上市時間，減少總本錢。這器材藉串行接口直接銜接至用戶主微控制器(MCU)。

　　AMIS-49587一起兼容於單相和多相電表，滿足客戶不同需求。此外，其能耗也比根據數字信號處理器(DSP)的計劃更低，十分合適智能電表至集中器的PLC通訊運用。為了協助規劃人員加速開發進程，安森美半導體還供給評估套件AMIS49587EVK，便利用戶開發。這套件內含2個PLC調制解調器，用於在客戶端與服務器端之間配置通訊；還包含開源圖形用戶界面，用於配置端到端通訊。

　　半導體為智能電表運用供給完好計劃

　　與普通電表比較，智能電表無疑是更為雜亂的體係。而安森美半導體為智能電表運用供給完好的解決計劃，除了上述用於通訊運用的PLC調制解調器和線路驅動器計劃外，還供給用於電源辦理、丈量和存儲等要害功用的解決計劃。如在電源辦理模塊，能夠運用安森美半導體的NCP1014、NCP1015等AC-DC轉換器，LM2596、NCP3063和CS51411等DC-DC轉換器，MC78L05、MC7805、CAT6217和CAT6219等低壓降(LDO)穩壓器，以及NTMFS4823等中壓及高壓FET。此外，在智能電表運用中，也可選用安森美半導體係列EEPROM、SDRM等存儲器，以及ESD/TVS、SIM卡接口、邏輯、USB維護、監控、I/O擴展、時鐘和溫度傳感器等。

　　在方興未已的智能電網運用中，智能電表發揮要害作用。規劃人員需求為智能電表與數據集中器之間的通訊挑選合適的通訊方法，而PLC現已成為業界先導公司及先期實驗項目的挑選，頗具演示及學習含義。規劃人員需求為PLC通訊挑選調制解調器計劃。安森美半導體用於PLC的調制解調器產品契合規範及客戶規範，並供給很多運用優勢，如簡化規劃、減少本錢、減少耗電、供給牢靠通訊及加速上市進程等。安森美半導體更為智能電表運用供給包含電源/電源辦理及維護、通訊、丈量和存儲等要害功用的完好解決計劃，便利客戶的挑選，協助他們減少採購本錢及加速產品上市。

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