電力載波通信電路研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章　緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的意義1</p><p>　　1.2 課題研究的目的1</p><p>　　1.3 課題研究的技術(shù)要求1</p><p>　　第二章 電力載

2、波通信的基本原理以及發(fā)展2</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)的電力線載波通信原理2</p><p>　　2.1.1 傳統(tǒng)的低壓電力線載波通信分析2</p><p>　　2.1.2 主要數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的比較2</p><p>　　2.2 電力載波通信技術(shù)與管理上的問題3</p><p>　　2.2.1

3、0; 載波頻率分配使用中的問題3</p><p>　　2.2.2  電力線載波機(jī)的問題3</p><p>　　2.2.3  配套工程存在的問題3</p><p>　　2.2.4 管理運(yùn)行上的問題4</p><p>　　2.3 載波通信技術(shù)的發(fā)展4</p><p>　　2.3.1 擴(kuò)頻通信技

4、術(shù)的發(fā)展4</p><p>　　2.3.2 擴(kuò)頻通信的原理簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.3.3 頻譜的擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)和直接序列擴(kuò)頻5</p><p>　　2.3.4 擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)5</p><p>　　第三章 低壓電力線傳輸特性分析6</p><p>　　3.1 低壓電力線系統(tǒng)信道分析6</p>

5、<p>　　3.1.1 低壓電力線上輸入阻抗的變化特性 6</p><p>　　3.1.2 高頻信號(hào)的衰減及其變化規(guī)律7</p><p>　　3.2 低壓電力線傳輸干擾特性分析8</p><p>　　3.2.1 干擾的周期性8</p><p>　　3.2.2 干擾的隨機(jī)性9</p><p>　　

6、3.2.3 干擾的多變性10</p><p>　　3.3 低壓電力線上的噪聲特性10</p><p>　　3.3.1 噪聲分類10</p><p>　　3.3.2 噪聲分析11</p><p>　　第四章EWB簡(jiǎn)介12</p><p>　　第五章AGC電路的設(shè)計(jì)與仿真14</p><p&

7、gt;　　5.1 AGC電路的原理簡(jiǎn)介14</p><p>　　5.1.1AGC電路原理14</p><p>　　5.1.2 簡(jiǎn)單的自動(dòng)增益控制電路15</p><p>　　5.1.3 AGC電路的分類15</p><p>　　5.1.4 AGC的性能指標(biāo)16</p><p>　　5.2 本次設(shè)計(jì)的AGC電

8、路16</p><p>　　第六章 耦合電路的設(shè)計(jì)與仿真21</p><p>　　6.1 電力線信道特性與通信模式21</p><p>　　6.1.1 電力線的信道特性21</p><p>　　6.1.2 通信模式和載波接口電路的分析21</p><p>　　6.2 耦合電路設(shè)計(jì)的基本要求22</p&

9、gt;<p>　　6.3 本次設(shè)計(jì)的耦合電路22</p><p>　　6.3.1 耦合電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　6.3.2 濾波器的設(shè)計(jì)23</p><p>　　第七章 發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與仿真25</p><p>　　7.1 國(guó)內(nèi)外電力線載波調(diào)制芯片簡(jiǎn)介25</p><p>　　7.

10、1.1 我國(guó)可使用的電力線載波調(diào)制芯片:25</p><p>　　7.1.2 本次研究設(shè)計(jì)的電力載波通信調(diào)制芯片26</p><p>　　7.1.3 PL2101的工作原理28</p><p>　　7.2 發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)28</p><p>　　7.2.1 接口電路的分析28</p><p>　　7.2.

11、2 發(fā)送電路的分析29</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　謝辭32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　附錄34</b></p><p&

12、gt;　　ELECTRICITY CARRIER COMMUNICATION </p><p><b>　　CIRCUIT</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題的意義</b></p><p>　　電力線載波通信是電力

13、系統(tǒng)通信專網(wǎng)特有的一種通信方式。它以電力線為信道，以變電站、發(fā)電廠為終端，特別適合電力調(diào)度通信的需要。而且，電力線載波通信系統(tǒng)具有投資少、施工期短、設(shè)備簡(jiǎn)單、通信安全、實(shí)時(shí)性好、無中繼、距離長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前我國(guó)110KV以上電力線載波通信電路已超過65萬話路公里。</p><p>　　在以數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信為主干線而覆蓋全國(guó)的電力通信網(wǎng)絡(luò)已初步形成、多種通信手段竟相發(fā)展的今天，電力線載波通信仍然是地區(qū)網(wǎng)、

14、省網(wǎng)乃至全國(guó)網(wǎng)的主要通信手段之一，從理論研究，到運(yùn)行實(shí)踐，我們都取得了可喜的成效。</p><p>　　我們已經(jīng)看到，電力線載波通信已經(jīng)成為電力系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的通信手段，當(dāng)然，其缺點(diǎn)和不足從中也得以充分體現(xiàn)；加之和其它新興通信手段共存，更顯示出了其局限性。目前對(duì)電力線載波通信評(píng)價(jià)不高似乎已是比較普遍的現(xiàn)象。然而，仔細(xì)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，其原因也是多方面的：既有技術(shù)上的，也有管理上的；既有設(shè)備制造、工程設(shè)計(jì)施工上

15、的，也有運(yùn)行維護(hù)上的；既有客觀上的，也有認(rèn)識(shí)上的。1.2課題研究的目的</p><p>　　隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,人們開始考慮使用電力線載波進(jìn)行通信的方式,本文將提出一種使用基于FSK的窄帶電力線載波通信方式. 這次設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)相應(yīng)的電力線發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路，接收耦合電路，濾波器以及自動(dòng)增益控制電路系統(tǒng)。電力線載波通信系統(tǒng)分為接收通道和發(fā)送通道兩部分。接收通道通過耦合電路，接收來自電力線的載波信號(hào)。信號(hào)經(jīng)濾

16、波、放大后，被送到芯片進(jìn)行解擴(kuò)頻。發(fā)送通道則把調(diào)相信號(hào)（擴(kuò)頻信號(hào)）經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大，送入耦合電路，耦合到電力線上進(jìn)行傳輸。</p><p>　　1.3 課題研究的技術(shù)要求</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究上的應(yīng)用越來越廣泛，Electronics Work bench(簡(jiǎn)稱EWB)作為科技應(yīng)用軟件可建立各種電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。電子工作平臺(tái)的器件庫(kù)可為用戶提供350多種常

17、用模擬和數(shù)字器件，設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)可任意調(diào)用。虛擬器件在仿真時(shí)可設(shè)定為理想模式和實(shí)用模式，有的虛擬器件還可直觀顯示。這篇論文中，我們將利用EWB這一軟件對(duì)設(shè)計(jì)的AGC電路、發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路、耦合電路進(jìn)行模擬仿真來測(cè)試驗(yàn)證。</p><p>　　第二章 電力載波通信的基本原理以及發(fā)展</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)的電力線載波通信原理</p><p>　　2.1.1 傳統(tǒng)的

18、低壓電力線載波通信分析</p><p>　　傳統(tǒng)的低壓電力線載波通信一般采用頻帶傳輸，即用載波調(diào)制的方法將攜帶信息的數(shù)字信號(hào)的頻譜搬移到較高頻率上，以避開電力線的強(qiáng)噪聲干擾。所采用的基本調(diào)制方式有幅移鍵控（ASK），相移鍵控（PSK），頻移鍵控（FSK）。在此基礎(chǔ)上，又派生出了差分移相鍵控（DPSK），最小移頻鍵控（MSK），四相移相鍵控（QPSK），正交幅值調(diào)制（QAM）等。這些調(diào)制方法最大的弱點(diǎn)就是去噪聲能力

19、不強(qiáng)，隨著配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜和人們對(duì)低壓電力線載波通信質(zhì)量要求的不斷提高，傳統(tǒng)的載波通信技術(shù)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代高速率、大容量的要求。電力線通信信道具有衰減和噪聲復(fù)雜多變的特征，因此要實(shí)現(xiàn)可靠、具有較高通信速率的通信系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)制解調(diào)的方案應(yīng)該從多個(gè)方面考慮。首先，要有較高的頻譜利用率，這樣才能適應(yīng)電力線通信信道有效帶寬窄的特點(diǎn)；其次，要有較好的功率利用率，能把功率集中在有效的頻帶內(nèi)，降低功率損失；另外，對(duì)信道的衰減特性和非線性特性要有

20、較好的抵抗性，對(duì)噪聲干擾要有很強(qiáng)的抑止能力，能在很低的信噪比情況下正常工作。下面，我們分析來比較各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)和對(duì)電力線通信技術(shù)要求。</p><p>　　2.1.2 主要數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的比較</p><p>　　目前采用的窄帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)主要有以下幾種:</p><p>　　(1)ASK幅移鍵控，在該調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號(hào)的幅度隨調(diào)制數(shù)字信號(hào)的變化而變化，屬

21、于線性調(diào)制技術(shù)。這種調(diào)制方案有較好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的RF放大器，用功率效率高的非線性放大器會(huì)導(dǎo)致已濾除的邊瓣再生，造成嚴(yán)重的相鄰信道干擾，使線性調(diào)制得到的頻譜效率全部丟失。</p><p>　　(2)PSK相移鍵控，該方式通過調(diào)制載波的相位來傳輸數(shù)據(jù)，也是一種線性調(diào)制技術(shù)，同樣存在邊瓣再生的問題，特別在發(fā)生相位突變時(shí)，包絡(luò)不恒定而導(dǎo)致在通過帶限信道后頻譜發(fā)生擴(kuò)散。</p>&l

22、t;p>　　(3)FSK頻移鍵控，通過兩個(gè)不同的載波代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的兩種狀態(tài)來完成數(shù)據(jù)的調(diào)制，它屬于非線性調(diào)制；同時(shí)，不管調(diào)制信號(hào)如何改變，載波的幅度是恒定的，所以它也是一種恒包絡(luò)調(diào)制。這種調(diào)制方式，可以使用功率效率高的C類放大器，而不會(huì)使發(fā)送信號(hào)占用的頻譜增大；帶外輻射低，可達(dá)60dB至70dB；接收機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。不過其占用帶寬比線性調(diào)制大。</p><p>　　(4)MSK最小頻移鍵控，是一種特殊的連續(xù)

23、相位的頻移鍵控，它是恒包絡(luò)技術(shù)的代表，不僅具有包絡(luò)恒定、能量集中等優(yōu)點(diǎn)，而且具有頻譜利用率高、誤碼率低、自同步等性能。這種調(diào)制技術(shù)己經(jīng)在無線領(lǐng)域得到了較好的運(yùn)用，但其傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法較為復(fù)雜[1]。</p><p>　　2.2 電力線載波通信技術(shù)與管理上的問題</p><p>　　2.2.1  載波頻率分配使用中的問題</p><p>　　我國(guó)電力線載波頻率

24、使用范圍為40～500KHZ，載波頻帶帶寬為4KHZ，實(shí)際上，在這個(gè)頻段內(nèi)的頻率，要完全利用是非常困難。在低頻段上，存在著阻波器制作上的困難；高頻段上，易受廣播信號(hào)的干擾，而且還要考慮線路對(duì)信號(hào)衰減的不均勻性等因素。而我們?cè)趯?duì)這有限的頻率安排使用上，可以說不少地方做得并不好，造成了一方面是頻譜緊張，一方面又浪費(fèi)頻率資源。</p><p>　　(1) 在頻率的安排上,有些地區(qū)安排頻率帶有很大的隨意性，沒有

25、長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，以致于干擾嚴(yán)重，不斷改頻；有些則只注意本地區(qū)頻率規(guī)劃，結(jié)果即影響了別人，又影響了自己。甚至一些上級(jí)頻率主管部門，對(duì)頻率的管理也不夠重視，在分配頻率時(shí)也沒有嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的方法。</p><p>　　(2) 沒有全局觀念、統(tǒng)籌意識(shí)，往往就事論事，就頻率考慮頻率。如現(xiàn)在比較普遍的情況是高頻保護(hù)占據(jù)單獨(dú)一相(A相)；如果改為與載波復(fù)用，則可節(jié)省下保護(hù)占用的頻帶。再有，現(xiàn)在的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一

26、般是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，通道占用多，利用率低，如改組成調(diào)度程控交換網(wǎng)，也可節(jié)省通道，并能達(dá)到靈活、可靠的效果。</p><p>　　2.2.2  電力線載波機(jī)的問題</p><p>　　不可否認(rèn)，國(guó)產(chǎn)載波機(jī)無論是在技術(shù)性能、工藝結(jié)構(gòu)還是在電路上，同國(guó)際上一些先進(jìn)設(shè)備相比仍存在有很大的差距，從頻譜的利用率、自動(dòng)增益控制(AGC)；范圍和靈敏度、載供系統(tǒng)的精度、濾波器的性能，到載波機(jī)整個(gè)通道

27、頻率特性以及工作環(huán)境溫度范圍，都難以達(dá)到進(jìn)口機(jī)的水平。實(shí)際上，比技術(shù)先進(jìn)更重要的是設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。國(guó)外載波機(jī)平均無故障時(shí)間(MTBF)可達(dá)幾十年，在這點(diǎn)國(guó)產(chǎn)機(jī)是根本無法相提并論的——即使引進(jìn)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化機(jī)如ESB500恐怕也不能保證達(dá)到甚至接近進(jìn)口機(jī)的水平。</p><p>　　2.2.3  配套工程存在的問題</p><p>　　配套工程存在的問題主要有電源的可靠性不高和

28、容量小、防雷技術(shù)措施不完善、儀器儀表配置不完備和落后等問題。無疑，這些問題的存在也在相當(dāng)大的程度上影響了通信的可靠性。比如，有些地區(qū)由于電源引起的故障竟高達(dá)三分之二。雷雨季節(jié)由于雷擊而致使通信中斷的事件也時(shí)有發(fā)生。至于儀器儀表配置不完備和落后，更是直接影響了設(shè)備正常維護(hù)測(cè)試的質(zhì)量和速度。</p><p>　　2.2.4 管理運(yùn)行上的問題</p><p>　　管理運(yùn)行上的問題是比其它問題更突

29、出的問題。多年來，我們的工作中一直不同程度地存在著重主機(jī)輕輔機(jī)、輕配套、重設(shè)備輕人員、輕管理、輕完善等現(xiàn)象，很多必須的工作都開展不力或根本沒有開展，造成新設(shè)備剛運(yùn)行一段時(shí)間甚至一開始運(yùn)行就出問題。舊通信系統(tǒng)、舊通道存在的問題，尤其涉及到很多專業(yè)的問題，很多長(zhǎng)期得不到解決。</p><p>　　(1) 領(lǐng)導(dǎo)重視不夠，對(duì)通信的重要性認(rèn)識(shí)不足；</p><p>　　(2) 基

30、礎(chǔ)工作不扎實(shí)不健全；</p><p>　　(3) 管理體制等方面上的問題；</p><p>　　(4) 通信人員待遇低，通信隊(duì)伍穩(wěn)定性差[4]。</p><p>　　2.3 載波通信技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)通信質(zhì)量要求的不斷提高，通信技術(shù)正朝著高速率、寬頻帶、大容量方向發(fā)展，通信理論已

31、從傳統(tǒng)的頻帶傳輸（幅移鍵控ASK；頻移鍵控FSK；相移鍵控PSK）發(fā)展到擴(kuò)頻通信（SSC），多載波正交頻分多址（OFDM）以及使用高速光纖的光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)等。</p><p>　　2.3.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　擴(kuò)頻通信的真正全面研究是從50年代美國(guó)麻省理工學(xué)院成功研制的NOMAC系統(tǒng)（Noise Modulation and Correlation Syst

32、em）開始的。九十年代以來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)無論在理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。</p><p>　　2.3.2 擴(kuò)頻通信的原理簡(jiǎn)介</p><p>　　簡(jiǎn)單的說，擴(kuò)頻通信是用偽隨機(jī)編碼（擴(kuò)頻序列）將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，在接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理的一種信息傳輸方法。</p><p>　　除此以外

33、，擴(kuò)頻通信還具有如下特征:(1)是一種數(shù)字傳輸方式；(2)帶寬的展寬是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(3)在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的方法很多，就擴(kuò)展頻譜的方式的不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴(kuò)頻，跳頻，跳時(shí)，線性調(diào)頻以及上述各種基本擴(kuò)頻方式的組合，如：FH/DS，DS/TH等。</p>

34、<p>　　2.3.3 頻譜的擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)和直接序列擴(kuò)頻</p><p>　　頻譜的擴(kuò)展是用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)用一組新的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號(hào)的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。這些新的碼型也叫偽隨機(jī)（PN）碼，碼位越長(zhǎng)系統(tǒng)性能越高。通常，商用擴(kuò)頻系統(tǒng)PN碼碼長(zhǎng)應(yīng)不低于12位，一般取32位，軍用系統(tǒng)可達(dá)千位

35、。目前常見的碼型有以下三種：</p><p>　　(1)M序列，即最長(zhǎng)線性偽隨機(jī)系列；</p><p>　　(2)GOLD序列；</p><p>　　(3)WALSH函數(shù)正交碼。</p><p>　　2.3.4 擴(kuò)頻通信的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　擴(kuò)頻通信的最主要優(yōu)點(diǎn)在于其他具有較強(qiáng)干擾能力和抗電力線傳輸信號(hào)時(shí)變衰減

36、的能力。它通過擴(kuò)展信息帶寬來?yè)Q取低誤碼率，從而通信的抗干擾能力適合在電力線這樣惡劣的通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信。</p><p>　　擴(kuò)頻通信的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是抗時(shí)變衰減能力強(qiáng)，由于低壓電力線直接面向用戶負(fù)荷條件非常的復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化大，且受隨機(jī)因數(shù)的影響，因此，通信具有很大的時(shí)變性。采用擴(kuò)頻通信方式，由于信號(hào)頻譜被擴(kuò)展后占有的頻率范圍較寬，即使是某一頻率附近有“傳輸零點(diǎn)”，其他頻率的信號(hào)仍能正確的傳輸，從而提高

37、通信的準(zhǔn)確率。</p><p>　　通過以上分析可見，由于擴(kuò)頻通信具有抗干擾能力和抗時(shí)變衰減能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而低壓配電網(wǎng)又是一種通信環(huán)境非常惡劣的傳輸媒介，因此擴(kuò)頻通信技術(shù)在低壓電力線載波通信中得到廣泛的關(guān)注[16]。</p><p>　　第三章 低壓電力線傳輸特性分析</p><p>　　在通信領(lǐng)域，衡量通信信道性能的基本指標(biāo)是輸入阻抗、信號(hào)衰減，尤其是高頻信號(hào)的衰

38、減和抗干擾性能。因此，在用電力線作為通信信道之前，需要對(duì)它的特性進(jìn)行分析。從六七十年代以來，利用中高壓電力線作為信號(hào)傳輸通道的電力線載波通信已經(jīng)獲得廣泛使用，對(duì)高壓電力線進(jìn)行高頻信號(hào)傳輸?shù)难芯考航?jīng)非常深入和成熟。但是，在低壓電力線上進(jìn)行信號(hào)傳輸，與高壓電力線載波通信有較大區(qū)別，突出表現(xiàn)在工作環(huán)境惡劣、線路阻抗小、信號(hào)衰減強(qiáng)、干擾與時(shí)變性大等特點(diǎn)。因此，對(duì)于低壓電力線載波信道，有必要進(jìn)一步具體分析。</p><p>

39、;　　3.1 低壓電力線系統(tǒng)信道分析</p><p>　　電力線系統(tǒng)可被化分為三個(gè)等級(jí)；高壓級(jí)(110-380kV )，中壓級(jí)(10-38kV )和低級(jí)(0.4kV以下)，每一級(jí)的信道特性均不相同。自上世紀(jì)六七十年代以來，利用lOkV以上中高壓電力線做為傳輸通道的電力線載波電話己經(jīng)獲得廣泛使用，人們對(duì)高壓電力線進(jìn)行高頻信號(hào)傳輸?shù)难芯考航?jīng)非常深入和成熟。但是，在220V/380V低壓電力線上進(jìn)行信號(hào)傳輸，與高壓電力

40、線載波通信有較大區(qū)別，突出表現(xiàn)在工作環(huán)境惡劣、線路阻抗小、信號(hào)衰減強(qiáng)、干擾大且時(shí)變性大等特點(diǎn)。尤其低壓級(jí)的隨機(jī)性大功率用電設(shè)備的接入會(huì)對(duì)低壓電力線載波通信造成極大干擾。因此，低壓電力線載波通信技術(shù)一直是困擾人們的一個(gè)難題。低壓電力線的輸入阻抗是表征低壓電力線傳輸特性的重要參數(shù)。研究表明低壓電力線上的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘?hào)頻率密切相關(guān)。</p><p>　　3.1.1 低壓電力線上輸入阻抗的變化特性</p&g

41、t;<p>　　低壓電力線的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘?hào)頻率密切相關(guān)。在理想情況下，當(dāng)沒有負(fù)載時(shí)，電力線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會(huì)隨著頻率的增大而減小。當(dāng)在電力線上有負(fù)載時(shí)，所有頻率的輸入阻抗都會(huì)減小。但是，由于負(fù)載類型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實(shí)際情況非常復(fù)雜，甚至使輸入阻抗的變化不可預(yù)測(cè)。圖3-1用對(duì)數(shù)圖繪出了實(shí)測(cè)出的輸入阻抗與頻率的關(guān)系數(shù)據(jù)：</p>&

42、lt;p>　　圖3-1 輸入阻抗--頻率關(guān)系圖</p><p>　　從上圖中可以看出，電力線上的輸入阻抗隨著頻率的變化而劇烈變化，可以從0.1歐變到大于100歐，變化范圍超過了1000倍。而且，在實(shí)驗(yàn)所測(cè)的頻率范圍內(nèi)，輸入阻抗隨頻率的變化并不符合一般想象下的隨頻率的增大而減小的變化規(guī)律，甚至與之相反。這是因?yàn)榈蛪弘娏€上連接有各種復(fù)雜的負(fù)載。這些負(fù)載以及電力線本身組合成許多共振電路，在共振頻率及其附近頻率上

43、形成低阻抗區(qū)。因此，在輸入阻抗一頻率關(guān)系圖上可以看到許多低谷區(qū)。同時(shí)，由于負(fù)載會(huì)在電力線上隨機(jī)的連上或斷開，所以在不同時(shí)間，電力線的輸入阻抗也會(huì)發(fā)生較大幅度的改變。這令電力線載波發(fā)送機(jī)功率放大器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗難以與之保持匹配。</p><p>　　出于同樣的原因，電力線上不同位置的輸入阻抗也會(huì)不同。在由許多電阻、電容和電感組成的網(wǎng)絡(luò)中，從不同的位置點(diǎn)計(jì)算，輸入阻抗顯然是不同的。圖3-1的兩曲線就是在

44、同一個(gè)低壓電力線網(wǎng)的不同地點(diǎn)測(cè)得的?？梢钥闯?，信號(hào)輸入點(diǎn)的不同對(duì)輸入阻抗的影響是非常大的。</p><p>　　由于低壓電力線輸入阻抗的劇烈變化，使發(fā)送機(jī)功率放大器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗難以與之保持匹配，因而給電路設(shè)計(jì)帶來很大的困難。</p><p>　　3.1.2 高頻信號(hào)的衰減及其變化規(guī)律</p><p>　　高頻信號(hào)的衰減是低壓電力線載波通信中遇到的另一

45、個(gè)實(shí)際問題。對(duì)高頻信號(hào)而言，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的負(fù)載在這根線的任意位置隨機(jī)地連接或斷開。因此，高頻信號(hào)在電力線上的傳輸必然存在衰減。顯然，這種衰減與通信距離、信號(hào)頻率等都有密切關(guān)系。</p><p>　　總的來說，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減就越厲害。但是，由于電力線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上面的負(fù)載阻抗也不匹配，所以信號(hào)會(huì)遇到反射、駐波等復(fù)雜現(xiàn)象。這些復(fù)雜現(xiàn)象的組合，使信號(hào)的衰

46、減隨距離的變化關(guān)系變得非常復(fù)雜，有可能出現(xiàn)近距離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)還大的現(xiàn)象。對(duì)于民用電網(wǎng)，其三相電源所接的負(fù)載大小和性質(zhì)都不相同，所以同樣強(qiáng)度的信號(hào)在三相上的衰減也不同。這種現(xiàn)象有時(shí)就表現(xiàn)為接收機(jī)和發(fā)送機(jī)的位置不變，接在不同相上，通信的誤碼率不同。</p><p>　　從以上分析可以看出:在總體上，電力線上信號(hào)的衰減隨著頻率的增加而增加，但在某些頻率范圍，由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線效應(yīng)的影響，衰減會(huì)出現(xiàn)突然

47、增加。同時(shí)，信號(hào)傳輸距離對(duì)信號(hào)衰減程度也起著決定性的影響，隨著距離的增加，衰減會(huì)迅速地增加。在跨相傳播時(shí)，衰減一般比同相傳播要大10 dB以上，但有時(shí)也會(huì)有例外。隨著工頻交流電相位的變化，高頻信號(hào)的衰減也會(huì)出現(xiàn)周期性的變化。在不同的時(shí)間段、不同的地點(diǎn)，衰減幅度也不同，有時(shí)變化會(huì)很大。這種變化對(duì)載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)有很大影響[13]。</p><p>　　3.2 低壓電力線傳輸干擾特性分析</p>&l

48、t;p>　　干擾是影響低壓電力線載波通信普及和推廣的最大障礙，電力線上的干擾可分為非人為干擾和人為干擾。非人為干擾指的是一些自然現(xiàn)象如雷電在電力線上引起的干擾。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，并對(duì)數(shù)據(jù)通信有更嚴(yán)重的影響。</p><p>　　為了說明干擾的復(fù)雜特性并簡(jiǎn)化分析，可以近似地將其分成4類:周期性的連續(xù)干擾、周期性的脈沖干擾、時(shí)不變的連續(xù)干擾和隨機(jī)產(chǎn)生的突發(fā)性干擾。通常情況下，前兩類干

49、擾占主導(dǎo)地位。</p><p>　　3.2.1 干擾的周期性</p><p>　　在以前的研究中發(fā)現(xiàn)，諧波噪聲以交流電頻率fac的整數(shù)倍出現(xiàn)，因此有理由相信干擾也會(huì)存在周期性的傾向。圖是某一時(shí)刻電力線上的干擾波形。圖中顯示電力線上的主要干擾是周期性出現(xiàn)的，其出現(xiàn)頻率為2fac，而且其幅值比時(shí)不變連續(xù)干擾大許多。電力線上的干擾波形圖見下圖3-2所示。</p><p>

50、　　圖3-2 電力線上的干擾波形</p><p>　　產(chǎn)生這種周期性干擾的原因是由于許多用電設(shè)備在工頻交流電基波的某個(gè)固定相位上釋放出干擾。例如，可控整流電源在AC電源基波正半周和負(fù)半周的45度切換，則在一個(gè)工頻周期中AC電源上會(huì)出現(xiàn)2個(gè)缺口，從而會(huì)以100 Hz為周期，每周期2次釋放出強(qiáng)烈的干擾，而且這種干擾與AC電源有著固定的相位關(guān)系。每次干擾的持續(xù)時(shí)間受多種因素的影響，如可控整流電源在AC電源上產(chǎn)生缺口的寬

51、度，電力線對(duì)高頻干擾的衰減強(qiáng)度等。許多開關(guān)電源、逆變器等還可能產(chǎn)生頻率高于100 Hz的周期性干擾。</p><p>　　消除這種干擾的困難有兩點(diǎn):首先，由于無法對(duì)這種干擾的周期、寬度、強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間等做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，而且這些參數(shù)的變化范圍可能很大，所以很難有針對(duì)性地采取措施抑制這種干擾:其次，由于這種干擾的頻譜非常寬，所以對(duì)接收端濾波器的靈敏度有很高的要求。</p><p>　　許多大功

52、率的用電設(shè)備如電機(jī)等，會(huì)在電網(wǎng)上產(chǎn)生很多的高次諧波。這些高次諧波只存在于工頻的整數(shù)倍的頻率內(nèi)，但是能量較大，且頻率有可能延伸到幾萬赫茲。如果信號(hào)頻率正好與它們重疊，則對(duì)通信的可靠性會(huì)產(chǎn)生很大的影響。</p><p>　　在實(shí)際情況中，由于大量的用電設(shè)備同時(shí)釋放出干擾，而這些干擾的瞬時(shí)功率、周期、相位等又變化很大，各不相同，因此最終會(huì)在電力線上產(chǎn)生時(shí)不變的連續(xù)干擾。這種干擾表現(xiàn)為平均功率較小，但是頻譜很寬而且持續(xù)存

53、在。由于信號(hào)在電力線上傳輸?shù)乃p非常大并富于變化，而且干擾頻譜有可能部分或完全覆蓋信號(hào)頻譜，因此，在通信過程中的信噪比可能會(huì)變得很低，通信誤碼率增加。</p><p>　　3.2.2 干擾的隨機(jī)性</p><p>　　除了上述的周期性干擾外，電力線上還存在許多隨機(jī)發(fā)生的干擾。這種隨機(jī)干擾通常是由于高壓開關(guān)的操作、雷電、較大的負(fù)荷變化、電力線路上的短路故障等引起的，往往是能量很大的脈沖干擾或

54、脈沖干擾群，持續(xù)時(shí)間較短，但能量很集中，頻譜也很寬。</p><p>　　高壓開關(guān)的斷開和閉合在電力線路上導(dǎo)致的暫態(tài)過程會(huì)產(chǎn)生一系列的電磁脈沖(脈沖群)，而這一暫態(tài)過程受多種因素影響，分散性極大。</p><p>　　雷電會(huì)在電力線路上產(chǎn)生能量很大的電流和電壓脈沖，電流峰值可達(dá)幾千安培，電壓峰值可達(dá)幾萬伏。這種波形的上升時(shí)間很短，通常不大于5.5 us，下降時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但通常也不大于75

55、us。雷電波沿線路侵入變電站，并通過一、二次系統(tǒng)間的各種耦合或接地網(wǎng)進(jìn)入二次回路。這樣的雷擊過電壓在低壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳播時(shí)，遇阻抗不同的節(jié)點(diǎn)時(shí)將發(fā)生反射，產(chǎn)生振蕩波，其頻率和傳播速度與電路內(nèi)的各種參數(shù)有關(guān)，最具典型的是上升時(shí)間為0.5 us.振蕩頻率為100 kHz的衰減振蕩波。顯然，這種脈沖會(huì)對(duì)載波通信產(chǎn)生很大的影響。</p><p>　　另外，低壓電力線路上的各種大功率負(fù)載的突然開關(guān)、大功率電機(jī)的啟停過程、功率因數(shù)

56、補(bǔ)償電容器的切換以及短路、故障切除和重合閘等都會(huì)引起電壓、電流的突變和諧波分量的增加。而在離接收機(jī)近距離的范圍內(nèi)，某些中小功率的負(fù)載，如日光燈、計(jì)算機(jī)等的開關(guān)也會(huì)產(chǎn)生較大的突發(fā)脈沖干擾而影響通信。</p><p>　　上述這些干擾的持續(xù)時(shí)間較短，從幾十微秒到幾秒不等，強(qiáng)度大小也不等，出現(xiàn)時(shí)間也是隨機(jī)的，具有很大的不可預(yù)測(cè)性。如果它們正好發(fā)生在數(shù)據(jù)通信過程中，由于其高能量、寬頻譜的特性，通常會(huì)使所傳數(shù)據(jù)的若干個(gè)位甚

57、至整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程發(fā)生錯(cuò)誤。在一個(gè)完善的低壓電力線載波通信系統(tǒng)中，可以通過前向糾錯(cuò)碼、自動(dòng)重發(fā)機(jī)制、數(shù)據(jù)預(yù)取機(jī)制等措施加以克服。</p><p>　　3.2.3 干擾的多變性</p><p>　　與信號(hào)衰減多變性同樣的原因，低壓電力線上的干擾也存在多變性。這種多變性表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先是因時(shí)而變，即在不同時(shí)刻，干擾的頻率、強(qiáng)度都各不相同；其次是因地而變，即在不同的低壓電網(wǎng)之間，干擾情況各不

58、相同；而在同一個(gè)低壓電網(wǎng)之內(nèi)，不同地點(diǎn)的干擾情況也不相同。前者是因?yàn)樵诓煌碾娋W(wǎng)之間，連接的負(fù)載、線路情況、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等都不同，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的各種參數(shù)都不同，則必然會(huì)影響干擾的分布。后者是因?yàn)楦蓴_在電力線上的傳播也要遵循高頻信號(hào)在電力線上的傳播特性，會(huì)受到電力線上衰減特性的影響，因而對(duì)距離、負(fù)載分布等也很敏感。因此，電力線上干擾的因地而變的特性對(duì)低壓電力線載波通信系統(tǒng)也會(huì)有很大的影響。</p><p>　　通過以上討

59、論可以看到，低壓電力線上的信號(hào)衰減特性和干擾特性非常復(fù)雜，而且隨機(jī)性、時(shí)變性大，難以找到一個(gè)較為準(zhǔn)確的解析式或數(shù)學(xué)模型加以描述，這也是為什么長(zhǎng)期以來對(duì)低壓電力線高頻信號(hào)傳輸特性的分析多以定性分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試分析為主的原因，而這對(duì)低壓電力線載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，即要求其有很好的自適應(yīng)能力。但同時(shí)，出于實(shí)用的角度，為了獲得合理的性價(jià)比，又要求其成本要限制在一定的范圍內(nèi)。這些對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。</p>

60、;<p>　　3.3 低壓電力線上的噪聲特性</p><p>　　電力線上的噪聲源分為非人為噪聲和人為噪聲。非人為噪聲是自然現(xiàn)象所引起，如雷電在電力線上引起的噪聲；人為噪聲來自各種電器、機(jī)電產(chǎn)品和電力線自身引起，電力線的主要噪聲并不是加性白高斯噪聲，基本特性是極短的時(shí)間周期內(nèi)都可能發(fā)生變化。</p><p>　　3.3.1 噪聲分類</p><p>　

61、　對(duì)于100 kHz以上的低壓電力線噪聲一般劃分為5種類型</p><p>　　(1)有色背景噪聲—由電力線上各種噪聲源產(chǎn)生的組合干擾，是一種隨時(shí)間緩慢變化的隨機(jī)干擾，其功率譜密度隨頻率增加而減小。</p><p>　　(2)窄帶噪聲—這是一種頻帶很窄的噪聲，主要是短波廣播在頻域上的串?dāng)_，其強(qiáng)度在24小時(shí)內(nèi)變化不定。一般情況下，由于電離層的反射，夜間干擾比較嚴(yán)重，而白天的干擾卻較小。<

62、;/p><p>　　(3)與工頻異步的周期性脈沖噪聲—通常由大功率電器設(shè)備開關(guān)的周期性的開閉動(dòng)作產(chǎn)生，其功率譜為離散的譜線，重復(fù)率在50-200kHz范圍內(nèi)。</p><p>　　(4)與工頻同步的周期性脈沖噪聲—主要是電力設(shè)備按50Hz頻率工作產(chǎn)生的脈沖，重復(fù)率為50Hz或100 Hz，持續(xù)時(shí)間很短，功率譜幅度隨頻率增加而減小。</p><p>　　(5)異步脈沖噪聲

63、--主要是保護(hù)開關(guān)瞬間開閉產(chǎn)生的脈沖，電暈噪聲也可歸為此類噪聲。此外，Intellon公司的研究發(fā)現(xiàn)建筑物內(nèi)電源線的節(jié)點(diǎn)具有半導(dǎo)體效應(yīng)，在工頻半周期內(nèi)產(chǎn)生非線性感應(yīng)噪聲。部分沒有接入電網(wǎng)的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲也通過射頻耦合進(jìn)入電力線。</p><p>　　3.3.2 噪聲分析</p><p>　　電力線噪聲分布與時(shí)間、地點(diǎn)及負(fù)載等密切相關(guān)，各噪聲間相互獨(dú)立。從整體上，上述的五類噪聲可分為背景噪聲

64、和脈沖噪聲兩種。</p><p><b>　　(1)背景噪聲</b></p><p>　　如上所述，背景噪聲包括有色噪聲、窄帶噪聲和與工頻異步的周期性脈沖噪聲。背景噪聲的主要特性是低功率的噪聲源，隨頻率的增大而減小，通?？杀３謳酌牖驇追昼姡袝r(shí)甚至幾小時(shí)不變。其在不同頻段的功率諾密度也隨一定時(shí)間保持穩(wěn)定。又稱為穩(wěn)態(tài)的背景噪聲。</p><p>

65、<b>　　(2)脈沖噪聲</b></p><p>　　脈沖噪聲是隨時(shí)間(以ms或us級(jí)計(jì))變化而變化，功率譜密度較高，一般功率譜幅度達(dá)到dB數(shù)量級(jí)。在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)的比特(位)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤主要就是由脈沖噪聲引起，尤其是異步脈沖噪聲。由于異步脈沖噪聲是一隨機(jī)事件，故其特性可用隨機(jī)變量來描述。典型的異步脈沖噪聲是因開關(guān)瞬態(tài)而引起的。這些脈沖的波形類似于衰減正弦波或重疊的衰減正弦波[9]。&l

66、t;/p><p><b>　　第四章EWB簡(jiǎn)介</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)的普及，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的輔助教學(xué)業(yè)已成為一種潮流。電路仿真系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)臺(tái)“搬到”了計(jì)算機(jī)屏幕上，通過鼠標(biāo)或鍵盤調(diào)用元器件和儀器搭接電路，電路的各種參數(shù)容易調(diào)整，整個(gè)教學(xué)過程在虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。應(yīng)用仿真系統(tǒng)對(duì)電子技術(shù)相關(guān)課程進(jìn)行教學(xué)改革，一改傳統(tǒng)教學(xué)模式，具有直觀而形象的特點(diǎn)，可使實(shí)驗(yàn)與理論有

67、機(jī)結(jié)合，教學(xué)方式采用多媒體模式，在教學(xué)過程中寓教于樂，輕松教學(xué)。</p><p>　　Electronic Workbench(EWB)軟件是加拿大在90年代初推出的專門用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺(tái)”軟件，新版本為multisim。它是目前全球最直觀、最高效的EDA軟件，目前全球有幾萬所大學(xué)、中學(xué)正在使用。它的功能非常強(qiáng)大，能夠提供電阻、電容、三極管、集成電路等十四大類幾千種元件；能夠提供示波器、萬用表等十

68、幾種常用的電子儀器；它具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能，可繪制出符合標(biāo)準(zhǔn)的電子圖紙；它還具有強(qiáng)大的波形顯示功能，并且結(jié)果可輕松放入各類文檔。在加拿大和美國(guó)，已有85%的大學(xué)及中學(xué)正在把EWB當(dāng)作物理、電工及電子學(xué)的課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的輔助手段。在國(guó)內(nèi)也得到很好的推廣和使用。</p><p>　　在電子電路的教學(xué)中引進(jìn)EWB軟件可以看到電路工作的實(shí)際效果，測(cè)量電路的有關(guān)參數(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對(duì)電路的認(rèn)識(shí)、理解。比

69、如在交流電一節(jié)的教學(xué)中，掌握交流電的波形是一個(gè)重點(diǎn)，這就需要使用示波器觀察交流電波形。而示波器的價(jià)格相對(duì)比較貴，許多學(xué)校根本無力大量購(gòu)買，或者有些學(xué)校雖有足夠的示波器但害怕學(xué)生在使用時(shí)可能損害儀器而放在實(shí)驗(yàn)室不用，因此這部分的教學(xué)往往就是紙上談兵。我們利用EWB軟件中的雙蹤示波器就可以解決這個(gè)問題。教師可以通過多媒體模式在計(jì)算機(jī)上利用EWB軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，也可以讓學(xué)生自己在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行EWB軟件的操作，學(xué)生在EWB軟件的示波器上能夠

70、看到各測(cè)試點(diǎn)的波形并可以讀出波形的峰值、頻率、相位差。這樣學(xué)生既看到了動(dòng)態(tài)的波形變化，增加了對(duì)交流電波形的理解，又掌握示波器的用法、讀法。使用EWB軟件對(duì)學(xué)生來說，沒有了搞壞儀器的風(fēng)險(xiǎn)，也就沒有了做不成功的心理負(fù)擔(dān)，學(xué)生就能更大膽的去嘗試、去實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生更好的去研究問題、探討問題。</p><p>　　我們?cè)陔娮与娐返慕虒W(xué)中經(jīng)常會(huì)假設(shè)某個(gè)元器件發(fā)生短路、斷路、漏電等故障，而這些假設(shè)由于各種原因不太好做實(shí)驗(yàn)，教

71、師只有通過純理論分析來講授。如使用EWB軟件，這個(gè)難題就非常好解決，我們可以利用EWB中提供的元器件故障設(shè)置功能將元器件設(shè)置好故障，再連接相關(guān)的儀器，進(jìn)行電路仿真后就可以看到元器件發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象，還可以從儀器上讀出所需要的各個(gè)參數(shù)。    在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)教學(xué)的時(shí)候EWB軟件的作用就更明顯了。通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)我們需要使用面包板或制成印制電路板來連接元器件，但是學(xué)生在電路設(shè)計(jì)的初期往往由于對(duì)電路特

72、性的不太熟悉經(jīng)常需要更換元器件的參數(shù)或更改連線，這就需要我們不斷的在面包板上或印制電路板上去調(diào)換元器件，這個(gè)工作非常的繁瑣，而且容易造成元器件的損壞和浪費(fèi)。而在EWB軟件里隨時(shí)可以更換元器件或修改元器件的參數(shù)，并且仿真以后的效果和實(shí)際制成電路的效果幾乎一樣，學(xué)生在進(jìn)行簡(jiǎn)易電路設(shè)計(jì)時(shí)就可以先在計(jì)算機(jī)上用EWB軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真成功以后再制成印制電路板做成電路成品，這樣既避免了設(shè)計(jì)中的許多麻煩又節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。</p><

73、;p>　　EWB在電子電路教學(xué)中還有很多用途，電子技術(shù)相關(guān)課程的教師可以在教學(xué)中自行體會(huì)[12]。</p><p>　　第五章 AGC電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　5.1 AGC電路的原理簡(jiǎn)介</p><p>　　自動(dòng)增益控制電路習(xí)慣上稱為AGC。對(duì)于接收機(jī)來說,收到的外來信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)并非恒定不變,為了保證接收機(jī)終端得到相同的電壓,通常采用改變放大器增益來

74、實(shí)現(xiàn)。AGC電路就能夠在信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)變化情況下,保證接收機(jī)的輸出電壓基本不變。</p><p>　　5.1.1 AGC電路原理</p><p>　　能夠使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的控制電路，簡(jiǎn)稱為AGC電路。它常用來使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍內(nèi)，因而也可以稱為自動(dòng)電平控制。AGC電路的性能可以用輸入--輸出振幅特性和增益控制特性來表示，如圖5-1所示。</p>&

75、lt;p>　　圖5-1 電路的輸入--輸出振幅特性和增益控制特性</p><p>　　若輸入信號(hào)振幅Ui在Uimin--Uimax之間變化時(shí)，輸出信號(hào)Uo振幅的變化范圍為Uomin--Uomax，Di=Uimax/Uimin是輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍；Do=Uomax/Uomin是輸出電平的容許變化范圍；比值R=Di/Do為AGC電路的增益控制倍數(shù)。輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍Di通常為幾十dB，輸出電平的容許變化范圍Do

76、決定于放大器的用途和要求，一般為零點(diǎn)幾dB至幾dB.</p><p>　　AGC電路工作原理如圖5-2所示。它可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分。</p><p>　　圖5-2 電路工作原理框圖</p><p>　　增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓Uc而改變。控制電壓形成電路的基本部件是AGC整流器和低通平滑濾波器，有時(shí)也包含門電路和

77、直流放大器等部件。放大電路的輸出電壓Uo經(jīng)檢波并經(jīng)濾波器濾除低頻調(diào)制分量和噪聲后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的電壓Uc。當(dāng)輸入信號(hào)Ui增大時(shí)，Uo和Uc也隨之增大。Uc增大使放大電路的增益下降，從而使輸出信號(hào)幅度Uo的變化量小于輸入信號(hào)幅度Ui的變化量，達(dá)到自動(dòng)增益控制目的。</p><p>　　5.1.2 簡(jiǎn)單的自動(dòng)增益控制電路</p><p>　　在簡(jiǎn)單AGC電路里,參考電平Ur＝0。

78、這樣,只要輸入信號(hào)振幅Ui增加,AGC的作用就會(huì)使增益Kv減小,從而使輸出信號(hào)振幅Uo減小。</p><p>　　 （5-1）</p><p>　　mi為AGC電路限定的輸入信號(hào)振幅最大值與最小值之比（輸入動(dòng)態(tài)范圍）,即</p><p><b>　　（5-2）</b></p>&l

79、t;p>　　AGC控制電路的控制方式有兩種，一種是正向AGC，另一種是反向AGC，正向AGC的特點(diǎn)是，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，AGC控制電壓也增大，然而它卻可使放大器的增益下降，顯然，反向AGC的特點(diǎn)與之相反。</p><p>　　5.1.3 AGC電路的分類</p><p>　　AGC電路就其工作特性來說可分為簡(jiǎn)單AGC和延遲AGC兩大類    

80、(1)簡(jiǎn)單AGC電路</p><p>　　只要接收機(jī)有外來信號(hào)輸入,中頻放大器有信號(hào)輸出,AGC電路就立刻工作,產(chǎn)生誤差控制電壓Ue控制可控增益放大器.即相當(dāng)于比較電壓Ur=0情況.</p><p>　　(2)延遲AGC電路　　延遲AGC電路有個(gè)起控門限,即比較器參考電壓Ur,對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)振幅,如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 延遲AGC電路<

81、;/p><p>　　(3)前置AGC、后置AGC與基帶AGC    前置AGC是指AGC處于解調(diào)以前,由高頻（或中頻）信號(hào)中提取檢測(cè)信號(hào),通過檢波和直流放大,控制高頻（或中頻）放大器的增益。 后置AGC是從解調(diào)后提取檢測(cè)信號(hào)來控制高頻（或中頻）放大器的增益。 基帶AGC是整個(gè)AGC電路均在解調(diào)后的基帶進(jìn)行處理。</p><p>　　5

82、.1.4 AGC的性能指標(biāo)</p><p><b>　　(1)動(dòng)態(tài)范圍</b></p><p>　　AGC電路動(dòng)態(tài)范圍是利用電壓誤差信號(hào)去消除輸出信號(hào)振幅與要求輸出信號(hào)振幅之間電壓誤差的自動(dòng)控制電路。</p><p><b>　　(2)響應(yīng)時(shí)間</b></p><p>　　AGC電路是通過對(duì)可控

83、增益放大器增益的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)振幅變化的限制,而增益變化又取決于輸入信號(hào)振幅的變化,所以要求AGC電路的反應(yīng)既要能跟得上輸入信號(hào)振幅的變化速度,又不會(huì)出現(xiàn)反調(diào)制現(xiàn)象,這就是響應(yīng)時(shí)間特性。</p><p>　　5.2 本次設(shè)計(jì)的AGC電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)為了將濾波器輸出的mV級(jí)信號(hào)放大40dB左右，需要特別注意的是小信號(hào)的不失真放大。由于系統(tǒng)輸出的信號(hào)為DPSK調(diào)制信號(hào)，

84、因此前后碼元的相對(duì)相位信息不能出錯(cuò)。因此需要保證放大器不會(huì)因?yàn)轱柡褪д鎸?dǎo)致前后碼元相對(duì)相位錯(cuò)位。AGC主要完成對(duì)小信號(hào)的放大，需額外注意電路本身的噪聲干擾不能過大。同時(shí)為了保證輸入信號(hào)幅值過大時(shí)，放大器不會(huì)飽和失真，此級(jí)應(yīng)該具有自動(dòng)增益控制能力。AGC電路如圖5-4所示：</p><p>　　圖5-4 自動(dòng)增益控制放大電路圖</p><p>　　其中第二級(jí)三極管的E級(jí)為反饋端。當(dāng)輸入信號(hào)幅

85、值過大時(shí)，該線路可以對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋，起到增益控制的目的。同時(shí)為了防止輸入信號(hào)過大時(shí)AGC失控，其信號(hào)輸出級(jí)(C端)加入了一個(gè)電容、兩個(gè)二極管可是完成對(duì)于輸入信號(hào)幅值的變化來進(jìn)行輸出信號(hào)幅值的控制，并且可以用于過壓限制。經(jīng)實(shí)測(cè)，該AGC電路對(duì)l0mV的信號(hào)增益可達(dá)40dB，對(duì)100mV信號(hào)的增益可達(dá)20dB，而對(duì)于幅度達(dá)1V的較強(qiáng)輸入信號(hào)只有約4dB的增益。很好的完成了自動(dòng)增益控制的作用。</p><p>

86、　　接下來我們就將實(shí)測(cè)的信號(hào)波形及幅值結(jié)果通過示波器顯示出來，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下分別是輸入幅值分別為10mv，100mv，1v的信號(hào)，我們來針對(duì)每個(gè)波形圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。</p><p>　　圖5-5給出的是輸入幅值為10mv的信號(hào)波形（上方通道A所示的波形），從示波器來觀察每一個(gè)方格代表10mv/Div，可以看出輸出信號(hào)的幅值約為450mv（下方通道B所示的波形）示波器每一個(gè)方格代表10mv/Div，并且波

87、形未出現(xiàn)失真，利用增益公式D=20lgVout/Vin，此時(shí)計(jì)算得放大增益約為40dB左右。</p><p>　　圖5-5 輸入信號(hào)為10mv時(shí)輸出信號(hào)波形圖</p><p>　　圖5-6給出的是輸入幅值為100mv的信號(hào)波形（上方通道A所示的波形），從示波器來觀察每一個(gè)方格代表100mv/Div，可以看出輸出信號(hào)的幅值約為0.8v（下方通道B所示的波形）示波器每一個(gè)方格代表1v/Div，

88、并且波形未出現(xiàn)明顯失真，利用增益公式D=20lgVout/Vin，此時(shí)計(jì)算得放大增益約為20dB左右。</p><p>　　圖5-6 輸入信號(hào)為100mv時(shí)輸出信號(hào)波形圖</p><p>　　圖5-7給出的是輸入幅值為1v的信號(hào)波形（上方通道A所示的波形），從示波器來觀察每一個(gè)方格代表1v/Div，可以看出輸出信號(hào)的幅值約為1.5v(下方通道B所示的波形)示波器每一個(gè)方格代表2v/Div，

89、并且波形未出現(xiàn)明顯失真，利用增益公式D=20lgVout/Vin，此時(shí)計(jì)算得放大增益約為4dB左右。</p><p>　　圖5-7 輸入信號(hào)為1v時(shí)輸出信號(hào)波形圖</p><p>　　以上為對(duì)自行設(shè)計(jì)的AGC電路的分析。</p><p>　　第六章 耦合電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　6.1 電力線信道特性與通信模式</p>

90、<p>　　6.1.1 電力線的信道特性</p><p>　　要在電力線上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通信，必須保證調(diào)制解調(diào)電路和載波接口電路（載波信號(hào)與220V線路之間的耦合電路）符合低壓電力線路的信道特點(diǎn)，而低壓電力線路一方面對(duì)載波信號(hào)有嚴(yán)重的衰減，另一方面在電力線中存在著各種強(qiáng)烈的干擾噪聲。</p><p>　　耦合電路的設(shè)計(jì)目的是為了利用電力線實(shí)現(xiàn)可靠的載波通信，其分析與設(shè)計(jì)是問

91、題的關(guān)鍵。其難點(diǎn)在于：一方面，要求載波信號(hào)的加載效率高；另一方面，要求電力網(wǎng)50Hz的工頻信號(hào)不能給載波通信系統(tǒng)帶來太大的干擾。設(shè)計(jì)一個(gè)能有效減小低壓電力線的低阻抗影響的功率匹配和增益平衡電路，用來將信號(hào)耦合到電力線上，其傳輸頻帶為0.1MHz--30.0MHz。該設(shè)計(jì)的首要目的是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的最大功率傳輸。該電路在設(shè)計(jì)須考慮220V線路側(cè)的阻抗特性，T100為信號(hào)耦合變壓器，220V線路側(cè)阻抗一般取30歐左右。然后確定線圈初級(jí)的匝數(shù)比

92、或阻抗比。最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。</p><p>　　6.1.2 通信模式和載波接口電路的分析</p><p>　　由于低壓電力線載波信道條件，目前利用能夠電力線進(jìn)行數(shù)字通信的產(chǎn)品中，主要有使用窄帶通信方式和寬帶擴(kuò)頻通信方式兩種。</p><p>　　窄帶調(diào)頻方式比較容易實(shí)現(xiàn)，如LM1893和ST7536。隨著擴(kuò)頻通信的廣泛應(yīng)用，目前的窄帶通信主要是窄帶

93、擴(kuò)頻通信方式，他們的頻帶寬度一般在10KHZ左右，中心頻率在100KHZ至300KHZ。</p><p>　　采用窄帶方式載波通信電路的耦合器與濾波器具有較高的品質(zhì)因數(shù)，因此有較好的電力線耦合性能，當(dāng)強(qiáng)干擾噪聲在通信頻帶外，其通信效果較好，但窄帶方式也存在許多缺點(diǎn)，由于強(qiáng)干擾噪聲在電力線載波的通信頻帶范圍內(nèi)都有出現(xiàn)的概率，所以無論載波中心頻率如何選擇都存在危險(xiǎn)。</p><p>　　寬帶擴(kuò)

94、頻通信方式的帶寬通常較大（SSCP300的帶寬為近300KHZ），在強(qiáng)窄帶干擾條件下，受干擾的頻率范圍所占的比例相對(duì)較小，噪聲僅能影響到一小部分所要傳輸?shù)男盘?hào)，而大多數(shù)信號(hào)能夠到達(dá)目的地。所以寬帶擴(kuò)頻通信在克服窄帶干擾噪聲方面有明顯優(yōu)勢(shì)。但由于通信頻帶過寬而使得耦合、濾波電路的品質(zhì)因素較低，結(jié)果導(dǎo)致載波通信電路接收靈敏度降低，克服信道衰減能力差。</p><p>　　6.2 耦合電路設(shè)計(jì)的基本要求</p&g

95、t;<p>　　載波調(diào)頻信號(hào)首先從電力線上通過耦合電路進(jìn)入到解調(diào)電路，耦合電路是一個(gè)帶通濾波電路，將信號(hào)頻帶外的其他頻率濾除，包括工頻，這樣也可以盡量將帶外的干擾噪聲排除在信號(hào)處理電路之外，同時(shí)耦合電路還將載波調(diào)頻信號(hào)耦合到解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)電路的功能就是將擴(kuò)頻信號(hào)從載波信號(hào)中提取出來，這就是能否成功接收數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。信號(hào)解擴(kuò)和信道譯碼都是在單片即中通過程序?qū)崿F(xiàn)的，擴(kuò)頻信號(hào)從解調(diào)電路輸出到單片機(jī)，通過程序解擴(kuò)，之后在進(jìn)行

96、CRC校驗(yàn)，確認(rèn)數(shù)據(jù)接收無誤后就得到了基帶信號(hào)。</p><p>　　耦合電路設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p>　　(1)將強(qiáng)電與弱電隔離；</p><p>　　(2)通過有用的載波調(diào)頻信號(hào)；</p><p>　　(3)濾除帶外干擾和噪聲；</p><p>　　(4)能夠雙向傳輸，即能收能發(fā)。</p>&

97、lt;p>　　6.3 本次設(shè)計(jì)的耦合電路</p><p>　　6.3.1 耦合電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　耦合電路是載波信號(hào)的輸出和輸入通路，并起隔離220v/50Hz的工頻的作用。本次設(shè)計(jì)的耦合電路是根據(jù)一般通用的耦合電路進(jìn)行修改的，其功能的實(shí)現(xiàn)是接收時(shí)將電力線上傳輸?shù)妮d波信號(hào)耦合下來送入解調(diào)電路，同時(shí)發(fā)送時(shí)將調(diào)相信號(hào)通過耦合送入電力線上。</p><p&g

98、t;　　為了防止低壓電力線上的雷電和開關(guān)瞬態(tài)作用對(duì)電路元器件造成永久性的損壞，必須采用特殊的保護(hù)措施。變壓器對(duì)于100KHz-400KHz的擴(kuò)頻載波信號(hào)提供了一個(gè)線性的傳輸功能，電容的作用是阻止50Hz的工頻進(jìn)入變壓器T，限制了變壓器電流，以避免變壓器鐵芯飽和。輸入通道應(yīng)接一個(gè)浪涌保護(hù)二極管5KP18C，經(jīng)電阻隔離后接二極管箝位電路輸出給前級(jí)濾波電路。由于電力線上負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電力線會(huì)產(chǎn)生較大噪聲甚至幅值很大的尖峰脈沖，該脈沖經(jīng)耦合后

99、，會(huì)給后級(jí)電路帶來較大危害。因此加入一個(gè)浪涌保護(hù)二極管后，可以很好的濾除這種噪聲，保護(hù)后級(jí)電路。緊接著是一個(gè)兩階的濾波器，完成的功能是濾除帶外雜波，保證前后級(jí)阻抗匹配。再來是兩個(gè)二極管用于過壓保護(hù)。耦合電路如圖6-1所示：</p><p>　　圖6-1信號(hào)耦合電路</p><p>　　6.3.2 濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　濾波器通常是一種有“頻率選擇”作用的

100、裝置，它讓某些頻率的信號(hào)通過而使其他頻率的信號(hào)受到阻塞或衰減。根據(jù)對(duì)頻率的選擇性可分為以下幾類:低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器和全通濾波器。按元件特征分為L(zhǎng)C濾波器、晶體濾波器、機(jī)械濾波器等。濾波器的應(yīng)用十分廣泛，如分離信號(hào)、抑制干擾、阻抗變換、阻抗匹配及延遲信號(hào)等。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，主要的因素為中心頻率、截止頻率、帶寬和品質(zhì)因數(shù)等。</p><p>　　通常情況下，模擬濾波器分為有源濾波器和無源濾

101、波器兩種。有源濾波器由RC及運(yùn)算放大器構(gòu)成，其特點(diǎn)為濾波器的Q值可以做的很大。但是當(dāng)濾波器階數(shù)較高的時(shí)候，RC的精度、運(yùn)算放大器的增益帶寬及響應(yīng)速度對(duì)濾波器性能影響很大，實(shí)際調(diào)試十分困難。而無源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，調(diào)試方便。因此本系統(tǒng)采用無源濾波器作為系統(tǒng)的帶通濾波器。</p><p>　　濾波器的功能是將耦合電路送來的載波信號(hào)做濾波處理，在濾除帶外雜波信號(hào)的同時(shí)，保證前后級(jí)的阻抗匹配，以達(dá)到順利傳遞本級(jí)信

102、號(hào)的目的。由于主晶振的工作頻率不同，載頻也不同；調(diào)制的周波數(shù)不同時(shí)，帶寬也不同。因此設(shè)計(jì)濾波器的時(shí)候，必須考慮系統(tǒng)工作的實(shí)際參數(shù)。</p><p>　　該濾波器工作時(shí)的一些參數(shù)計(jì)算如下(設(shè)主晶振頻率為Fz):</p><p>　　工作頻率:Fg= Fz/2</p><p>　　載頻:Fc=Fg/32</p><p>　　周波數(shù):C=1/2/4

103、(可編程)</p><p>　　碼片速率:Ms=Fc/C</p><p><b>　　擴(kuò)頻碼長(zhǎng):L=63</b></p><p>　　波特率:B=Ms/L</p><p>　　載波帶寬:Bw=2 X Ms(零功率)</p><p>　　Bw=2X0.8XMs(余弦)</p><

104、p>　　相對(duì)帶寬:By=Bw/Fc X 100%</p><p>　　擴(kuò)頻增益:G=10lgL</p><p>　　因此,當(dāng)系統(tǒng)主晶振選擇16MHz時(shí)，計(jì)算得載頻Fc=16MHz/2/32=250KHz，碼片速率Ms=250KHz/4=62.5KHz，載波帶寬Bw=2*0.8*62.5=1OOKHz。此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?B=62.5KHz/63 =992bps.</p>

105、;<p>　　根據(jù)以上計(jì)算可得，我們即可設(shè)計(jì)合適的濾波器[17]。</p><p>　　第七章 發(fā)送驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　7.1 國(guó)內(nèi)外電力線載波調(diào)制芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　國(guó)外很早對(duì)電力線載波通訊技術(shù)進(jìn)行了研究，多家公司推出了自己的電力線載波調(diào)制芯片，并制定了電力線載波適用頻率范圍的標(biāo)準(zhǔn)。目前有針對(duì)北美洲地區(qū)電網(wǎng)(480V/

106、277V,208V/12OVac)的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍100KHz-450KHz和針對(duì)于歐洲 地區(qū)電網(wǎng)(400V/230Vac)的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍9KHz-150KHz。各家公司就在標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍下，針對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)特點(diǎn)，采用各種特定專有技術(shù)，設(shè)計(jì)出各自的電力線載波調(diào)制芯片.由于國(guó)外電力線載波調(diào)制芯片是針對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，且一般是針對(duì)家庭內(nèi)部自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)使用都難盡人意。目前，有一、兩款電力線載波調(diào)制芯片在一定應(yīng)用領(lǐng)域可勉強(qiáng)使用。&l

107、t;/p><p>　　7.1.1 我國(guó)可使用的電力線載波調(diào)制芯片</p><p>　　(1)XR2210/XR2206套片或LM18931Z0</p><p>　　這是比較早的電力線載波調(diào)制芯片的應(yīng)用。XR2210/XR2206是一組FSK方式的調(diào)制解調(diào)芯片，并不是專門針對(duì)電力線載波通訊而設(shè)計(jì)的，還可用于有線和無線通訊。LM1893 modem芯片，F(xiàn)SK的調(diào)制解調(diào)方式

108、，它只是對(duì)一般FSK調(diào)制解調(diào)芯片的稍微改進(jìn)。</p><p>　　(2)ST7536 </p><p>　　ST7536是SGS-THOMSON公司專為電力線載波通訊而設(shè)計(jì)的調(diào)制芯片。由于它是專用調(diào)制芯片，所以除有一般調(diào)制芯片的信號(hào)調(diào)制解調(diào)功能外，還針對(duì)電力線應(yīng)用加入了許多特別的信號(hào)處理手段。目前，在國(guó)內(nèi)電力線載波抄表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，只是各公司應(yīng)用水平不同。ST7536也是較早的電力線載波調(diào)