导言
电力线通讯(PLC)是一种经过现有电力线缆发送数据的通讯技能。该技能可选用半双工方法在PLC节点之间传输电力与数据。因为能经过相同线路一起传输电力及数据，因而PLC技能无需运用额外线路与设备互联。PLC可为各种广泛运用供给低本钱通讯前言，充沛满意或许选用其它技能组网本钱过高的环境需求。作为通讯技能，PLC可分为两大类：
●宽带PLC合适互联网等高速宽带网络衔接。它一般作业在较高频率(1.8至250MHz)
和高数据速率(高达数百Mbps)下，多为较短间隔运用运用。
●窄带PLC适用于需求窄带操控或低带宽数据收集的运用，这些运用重视低本钱和高牢靠性。它一般作业在较低频率(3到500KHz)和较低数据速率(几百kbps)下，具有较大的掩盖规模(达数公里)，该掩盖规模可经过中继器扩展。
依据底层电力线特征，PLC还可进一步细分为AC电力线PLC和DC电力线PLC.
世界各地许多公共事业单位都挑选AC线路窄带PLC用于其智能电网项目。他们经过按日、乃至按设备或运用监控用电状况，供给可以鼓励顾客调整用电的定价结构，然后可减轻峰值负荷，防止兴修新的电厂。
PLC在智能电网运用中的广泛选用已引起对AC电力线PLC的高度重视。不过在家庭网络、照明和太阳能运用以及交通运输车辆(飞机、轿车和列车中的电子操控)中，DC电力线窄带PLC也在鼓起。在这些运用中运用PLC，可下降布线杂乱性、分量以及通讯的终究本钱。
在本文中，咱们将要点介绍DC电力线PLC的运用，并供给可协助客户敏捷有用选用这一技能的参阅规划。
体系集成人员常提出这样的问题：怎么比较DC电力线PLC和低功耗无线技能的好坏?尽管DC线路PLC和低功耗无线都不需求新电线安置，但运用PLC时，衔接或坐落地下，或穿越墙面，或处于墙角。该通讯通道归运营商或公共事业单位一切，因而不存在同享带宽危险。PLC没有视野约束，不受气候影响。
DC PLC处理计划的高灵敏性
开发一款有用PLC处理计划有其难度。一般电力线噪声大，需求稳健的体系架构才干保证数据牢靠性。每个终究运用及作业环境都不同，因而需求灵敏的规划来习惯各种不同的条件。体系规划人员需求一款高灵敏渠道，其不只可协助他们依据每种运用的详细要求优化规划，并且还能让规划习惯未来呈现的新规范和新商场机会。经过这种方法，可以在多种运用中重复运用知识产权，加快开发及产品上市进程，并不断扩展商场机会。
完成高灵敏性的要害点是软硬件的模块化架构。将杂乱的PLC体系拆分为多个独立子体系，开发人员可在无需悉数从头规划整个体系的状况下修正规划的某个方面(比方所运用的调制计划或网络协议)。各种可完成运用的部分实例包含：
●调制计划：软硬件层面的高灵敏性有助于开发人员为详细运用施行最高功率的调制计划。例如针对窄带通讯供给的几个调制计划，包含展频移键(S-FSK)与正交频分多路复用(OFDM)调制等;
●通讯协议：为完成互操作性，设备或许需求契合详细协议规范。开发人员经过运用高灵敏渠道，既可轻松施行常用的PLC规范(包含S-FSK (IEC61334)、PRIME和G3)，也可施行能满意其运用特定需求的定制协议。
图1：PLC通讯协议的比较
现有规范对窄带DC PLC运用规则很少，并且在许多运用中网络处于独立状况。在这些状况下，可以运用较为简略的通讯协议栈。这类较简略专有协议栈的一个详细实例是德州仪器(TI)的PLC-Lite(图1)。该协议栈特别合适不需求G3及PRIME杂乱性、但仍然需求稳健通讯通道的低本钱环境及运用。
关于楼宇网络(只需几Kbps)中的简易灯泡或墙面开关而言，PLC-Lite是抱负的处理计划。PLC-Lite不只供给21Kbps的最大数据速率，并且还支撑全频带和半频带形式。它可针对某种类型的搅扰供给更高的稳健性，其间包含可影响G3链路的窄带搅扰。PLC-Lite包含简略的载波感测多路拜访与抵触防止(CSMA/CA)介质拜访操控(MAC)层，其可以与任何运用协议栈集成。
因为结构简略，数据速率较低，因而PLC-Lite每链路的施行本钱显着较低。此外，它还可带来极高的灵敏性，答应规划人员在行业规范约束以外定制通道链路。图2是PLC-Lite完好特性集的总括。
图2：TI PLC-Lite的特性
电力线接口应战
关于DC PLC施行而言，在体系中衔接电力线会带来另一重需求处理的应战。部分特定问题方面包含：
●多重节点支撑的阻抗操控;
●任何电源开关的PLC滤波;
●完成牢靠AC耦合所需的电力线耦合维护电路。
(1)多节点支撑
大多数DC PLC施行需求支撑经过单根电力线总线衔接的很多节点(几十个到几百个)，以带来实用性。要让传输信号在没有显着衰减的状况下到达一切节点，首要要求体现为咱们了解的等式：
源阻抗 << 负载阻抗(等式 1)
咱们会在参阅规划中阐明怎么到达这一点。关于以下剖析，假定 PLC-Lite 的调制频率大约为 40KHz。咱们随后可核算 PLC 节点的源阻抗(等式 2)。
(等式 2)
其间：
c = C6 = 22 μF(图 3)
图 3：输入耦合级电路
假定给定接收器节点的负载阻抗和在发送器节点上看到的相同，大约为 30Ohm。在新增多个节点时，因为负载是阻抗的并联组合，因而可下降该负载阻抗。例如，假如体系中有九个节点，就可核算经过一个发送器节点可以看到的全体负载阻抗，如等式 2 所示。
下面以两种状况为例。一种状况是：一个发送器(主)节点和四个接收器(从)节点。另一种状况是：一个主节点和九个从节点。依据等式 2 的核算，源阻抗要求会侍从节点数量的改变而改变。
● 9 个(接收器)+ 1 个(发送器)= 10 个 PLC 节点，负载阻抗 = 30/10 = 3 Ohms;
● 4 个(接收器)+ 1 个(发送器)= 5 个 PLC 节点，负载阻抗 = 30/5 = 6 Ohms
图 4：一个发送器、没有接收器的测验成果
图 5：1 个发送器和 4 个接收器的测验成果
如图 4、图 5 所示，跟着从节点的增多，调制信号的起伏有显着改变。在前面的设置中，DC 线路是以探针方法与示波器衔接的(AC 耦合)。按下 PLC 节点上的一个外部开关，即可触发示波器，随后生成一个 PLC 通讯猝发。
(2)任何电源开关的PLC滤波
DC PLC规划过程中的另一个应战是PLC节点有必要运用DC电源才干生本钱地电压(15V、3.3V)并调制相同的DC电源。假如不选用恰当的滤波技能，在这种状况下DC/DC开关电源就会对PLC调制形成搅扰。
图6：电源滤波电路
如图6所示，低通滤波器可将PLC调制信号从开关稳压器中分隔。低通滤波器的Fc可依据PLC调制占用的频带进行核算。因为PLC Lite占用42KHz到90KHz，因而在L=360μH(180μH + 180μH)和C=1μF时，该低通滤波器的Fc就为：
(3)牢靠AC耦合的电力线耦合维护电路
APLC模仿前端(AFE)会受DC电源浪涌的影响。因而有必要规划AC耦合级，PLC节点才干在恶劣环境中牢靠作业。
图7：榜首级AC耦合
图8：第二级AC耦合
为保证全体体系牢靠性，DC线路不直接AC耦合至AFE器材。该线路会经过两级AC耦合流程(图7、图8)。在榜首级中，DC线路先AC耦合至一个有TVS维护的中间级，这样可针对43.5A的浪涌峰值电流将电压浪涌约束在9.2V.在该级中共模倾向接地。在第二级AC耦合中，数据在7.5V DC偏置电压下AC耦合至AFE器材。
参阅规划
DC(额外24V)电力线通讯(PLC)参阅规划旨在作为评价板协助用户为工业运用开发终究产品，充沛利用该功用在同一DC电力线上完成电力传输与通讯。该参阅规划可以以极小(大约1英寸的直径)的工业尺度为主从节点的硬件及固件规划供给完好的规划攻略。规划文件包含原理图、资料清单、布局图、Altium文件、光绘文件、带运用层的完好软件套件以及简略易用的图形用户界面(GUI)。
运用层不只支撑从节点，并且还支撑主机处理器(比方PC或Sitara ARM MPU)的通讯(图9)。主机处理器只经过USB-UART接口与主节点通讯。主节点随后经过PLC与从节点通讯。评价板(EVM)也供给简略易用的GUI(图10)，其不只经过主机处理器运转，并且还供给地址办理以及从节点状况监控及用户操控功用。
参阅规划针对每个从节点的源阻抗进行了优化，咱们可将多个从设备衔接至主设备。模仿前端(AFE)现已添加了维护电路，可以牢靠AC耦合至24V线路。该参阅规划的布局依据AFE031大电流线迹的布局要求进行了优化。
图9：参阅规划的体系方框图
图10：GUI东西截图
定论
在本文中，咱们回忆了窄带DC电力线PLC是各种工业运用联网的有用东西的原因地点。该计划可充沛发挥AC电力线运用的PLC在现有智能电网布置中的成功运用优势。支撑PLC的各种作业条件都需求高灵敏软硬件处理计划。此外，DC电力线的衔接也需求精心的规划考量，以保证体系可以稳健地扩展至多个网络节点。
为处理规划应战，协助体系规划人员将DC电力线PLC成功运用于自己的运用，TI推出了一款根据TI模仿前端AFE031及C2000微操控器[2]的DC PLC参阅规划[1].该参阅规划配套供给完好系列的硬件规划文件、MCU固件、根据GUI的运用软件以及极为翔实的实验室测验成果文档。规划人员可轻松评价该渠道，有用构建自己的终究运用。
