Микросхема AMIS-30585 – полудуплексный модем S-FSK, предназначенный для передачи данных по электрическим силовым линиям низкого или среднего напряжения в зданиях. В устройстве реализован полный набор протоколов от физического до MAC-уровня. Устройство соответствует стандартам EN 50065 CENELEC, IEC 1334-4-32 и IEC 1334-5-1.

AMIS-30585 работает от источника питания напряжением 3,3 В и подключается к сети через внешний усилитель мощности и трансформатор. Внутренняя схема фазовой синхронизации (PLL) работает с постоянной частотой (50 или 60 Гц) и предназначена для синхронизации передачи данных на скоростях 300, 600 и 1200 бодов на частоте питания 50 Гц, что соответствует скорости 3,6 или 12 бит данных на полупериод частоты питания (50 или 60 Гц).

 

Применение

AMIS-30585 предназначен для применения в городских, пригородных и сельских сетях со свойственным им затуханием сигнала, зашумленностью и разбросом импеданса. Устройство применяется в модемах IEC1334 для передачи данных по силовой сети, в устройствах удаленного снятия показаний электросчетчиков и в устройствах регулирования нагрузки.

 

Описание

Устройство AMIS-30585 – это однокристальный модем, предназначенный для передачи данных по силовым сетям (PLC), созданный в соответствии с Европейскими стандартами IEC 1334-5-1 и IEC 1334-4-32.

S-FSK – технология модуляции и демодуляции, которая сочетает в себе некоторые преимущества классической системы с расширением спектра (например, защищенность от воздействия источников высокочастотных помех) с преимуществами классической системы кодирования со сдвигом частот (FSK) (относительная простота схемотехники). Передатчиком осуществляется назначение частоты паузы fsto уровню 0, а частоты метки fm – уровню 1. Технология S-FSK отличается от классической технологии FSK тем, что fs и fm теперь разнесены друг от друга, их передача осуществляется независимо (преимущества – низкий уровень помех и затухание сигнала ввиду использования разных частот). Пары частот, поддерживаемые устройством AMIS-30585, находятся в диапазоне 9...95 кГц с обычным разносом по частоте, равным 10 кГц.

 

 

Рис. 1. Структурная схема модема S-FSK AMIS30585

Схема преимущественно цифровая. Преобразование аналогового сигнала осуществляется на входном каскаде схемы. Обработка сигнала и управление протоколом – цифровое. Интерфейс выходного каскада с прикладной схемой осуществляется на основе последовательного интерфейса. Цифровая обработка сигнала разнесена между объединенными блоками и микропроцессорным блоком. Управление микропроцессором осуществляется при помощи встроенной микропрограммы. Там, где временные параметры наиболее важны, функции распределены между разными устройствами. Для выполнения функций высокого уровня, где временные параметры не так важны, схема использует микропроцессорное ядро ARM 7TDMI.

 

 

Рис. 2. Принципиальная схема применения

В процессоре реализованы алгоритмы цифровой обработки сигналов и используется коммуникационный протокол. В данной схеме включения используется уровень управления доступом к среде передачи данных (MAC – Medium Access Control Layer). Программа, выполняемая процессором, хранится в ПЗУ. Рабочие данные, необходимые для обработки, хранятся в оперативной памяти (ОЗУ). Для соединения выходного каскада с устройствами прикладной схемы предназначен одноканальный интерфейс SCI – простой в использовании последовательный интерфейс, который позволяет организовать связь между внешним процессором, используемым для обработки прикладного программного обеспечения (ПО), и модемом AMIS-30585. Интерфейс SCI – двухпроводной и включает в себя TXD (передача данных) и RXD (прием данных). Программирование скорости передачи данных осуществляется установкой 2 бит (BR0, BR1).

Ввиду использования в схеме протоколов низкого уровня устройство AMIS-30585 обеспечивает инновационное архитектурное разделение. Благодаря ему, разработчик может использовать преимущества интерфейса высокого уровня соединения со средой силовых сетей. В сравнении с интерфейсом физического уровня устройство AMIS-30585 позволяет быстрее разрабатывать прикладные приложения. Пользователю достаточно просто передать необработанные данные в устройство AMIS-30585 и больше не заботиться о деталях протокола передачи с использованием конкретной среды. Последнее свойство дает 50%-ную экономию затрат на разработку приложений.

 

Маршрут приемника данных (ресивера)

Аналоговый сигнал, поступающий от микросхемы последовательного интерфейса, проходит низкочастотную фильтрацию, чтобы не допустить искажений во время преобразования. Затем уровень сигнала автоматически подстраивается блоком автоматической регулировки усиления (AGC). Эта операция предназначена для получения максимального динамического диапазона входного сигнала. Затем сигнал подвергается преобразованию в цифровую форму при помощи сигма-дельта-модуляции. В дальнейшем обработка данных осуществляется в цифровой форме. С использованием специализированного оборудования осуществляется демодуляция со сдвигом 90 градусов. Затем демодулированный сигнал основного диапазона проходит НЧ-фильтрацию для устранения шумов и отраженного спектра.

 

Линия передатчика данных

Для генерирования тонов под управлением процессора осуществляется прямой цифровой синтез синусоидальных частот. После выполнения нормирования сигнала происходит преобразование цифрового сигнала в аналоговую форму. В линии приемника используется технология сигма-дельта-модуляции. В аналоговой области сигнал проходит НЧ-фильтрацию для устранения высокочастотного шума квантования, а затем поступает в блок автоматического управления уровнем (ACL), где осуществляется регулировка уровня переданного сигнала. Измерение уровня сигнала осуществляется специализированной схемой.

 

Коммуникационный контроллер

Коммуникационный контроллер находится под управлением специализированного микроконтроллера. В процессоре реализована RISC-архитектура с сокращенным набором команд, оптимизированная для обработки ввода-вывода. Скорость обработки большинства инструкций процессором – одна инструкция за тактовый цикл. В составе микроконтроллера реализован механизм обработки прерываний, таймеры и байтовое умножение за один цикл выполнения инструкции. Программирование контроллера позволяет управлять работой на физическом уровне (синхронизация схем), на уровне MAC. Программа хранится в маскируемом ПЗУ. В ОЗУ предусмотрено достаточное по объему пространство памяти для хранения рабочих данных. Интерфейс выходного каскада осуществляется через блок последовательного периферийного интерфейса (SPI). Выходной каскад предназначен для передачи данных устройствам прикладной схемы (концентратор, измеритель мощности и пр.) и для определения конфигурации модема.

 

Опорная частота и управление

В соответствии со стандартом IEC фрейм данных передается при переходе напряжения сети через ноль. Чтобы восстановить информацию при переходе через ноль, выполняется детектирование этого перехода. Для обеспечения более надежного восстановления синхронизации, а также для обеспечения более безопасного применения функции «доверительного повтора» (также известной как групповая передача) используется схема фазовой синхронизации (PLL – phase-locked loop). Генератор опорной частоты построен на базе высокоточного кварцевого генератора. Опорная частота поступает на программируемую схему деления. В состав данного блока также входят вспомогательные схемы, которые включают необходимые блоки подачи опорного напряжения на АЦП и ЦАП, датчики тока смещения и подачи питания, предназначенные для точного распознавания состояний включения и выключения питания.

 

Назначение выводов схемы

Микросхема изготавливается в 28-выводном пластиковом корпусе (рис. 3) с низким энергопотреблением (PLCC 28 452 G).

 

 

Рис. 3. Внешний вид микросхемы AMIS-30585 

Назначение некоторых выводов отображено в таблице 1.

Таблица 1. Назначение входов/выходов микросхемы AMIS-30585

╧	Наим.	I/O	Тип	Описание	Прим.
2	RX_OUT	Out	A	Операционный усилитель выходного или входного каскада	RX_OUT – аналоговый выход малошумящего входного операционного усилителя приемника. Сигнал обратной связи операционного усилителя – отрицательный. Описание применения данного контакта приведено в описании контакта RX_IN.
3	RX_IN	In	A	Положительный вход входного каскада операционного усилителя	RX_IN – положительный аналоговый входной сигнал малошумящего входного операционного усилителя приемника. Вместе с контактами «2» и «3» возможно формирование высокочастотного фильтра. Он предназначен для фильтрации частоты питания (50 или 60 Гц) принятого сигнала. Характеристики фильтра определяются внешними конденсаторами и резисторами. Типичное значение затухания для этих значений после прохождения фильтра равно 80 дБ на частоте 50 или 60 Гц. Настоящая схема предполагает подключение к сети питания трансформатора связи и параллельного подключения конденсатора. Типичное значение затухания сигнала на конденсаторе равно 60 дБ. Суммарное действие двух фильтров приводит к снижению напряжения питания по основной частоте до уровня, значительно меньшего уровня чувствительности AMIS-30585.
4	REF_OUT	Out	A	Выходной опорный сигнал для стабилизации	REF_OUT – аналоговый выходной сигнал, который является опорным напряжением для АЦП. Этот контакт должен быть соединен с аналоговым заземлением через керамический конденсатор емкостью 1 мкФ ±10% (CDREF). Его необходимо установить как можно ближе к печатной плате (ПП) (см. рис. 4). Не допускается подключение к этому контакту другой импедансной нагрузки.
5	M50HZ_IN	In	A	Вход 50/60 Гц	M50HZ_IN – входной аналоговый сигнал частоты питания – 50 или 60 Гц. Этот контакт используется для обнаружения прохождения через ноль одной из выбранных фаз. Данная информация используется после прохождения сигнала через внутреннюю схему PLL для синхронизации частоты питания. В случае прямого подключения к сети питания рекомендуется последовательное подключение резистора сопротивлением 1 МОм для ограничения тока, протекающего через защитные диоды.
25	TX_ENB	Out	D, 5V Safe	Сигнал разрешения TX (открытый коллектор)	TX_ENB – цифровой выходной сигнал. Если передатчик активен, уровень этого сигнала – высокий. Сигнал используется для включения линейного усилителя. TX_ENB – безопасный сигнал напряжением 5 В с открытым коллектором, поэтому для получения необходимого напряжения, связанного с логическим уровнем, необходимо резкое повышение сопротивления (см. схему на рис. 4).
26	TX_OUT	Out	A	Выход передатчика	TX_OUT – аналоговый выходной сигнал передатчика. Сигналом является модулированный фрейм S-FSK. Для снижения гармонического искажения второго порядка необходима фильтрация. Для этого установлен активный фильтр.
27	ALC_IN	In	A	Входной сигнал автоматического контроля уровня	ALC_IN – аналоговый входной сигнал автоматического контроля уровня. Сигнал используется для регулировки уровня передаваемого сигнала. Уровень подстройки сигнала основан на переменной составляющей тока. Уровень постоянного напряжения сигнала ALC_IN зафиксирован в значении 1,65 В. Сравнение пикового значения напряжения сигнала переменного тока с двумя внутренними пороговыми значениями приводит к подстройке усиления. Нижнее пороговое значение равно 0,4 В. Значение ниже порогового приведет к повышению уровня усиления. Верхнее пороговое значение равно 0,6 В. Значение выше порогового приведет к снижению уровня усиления. Контакт должен быть развязан с измеряемым сигналом при помощи конденсатора 1 мкФ. Фильтрация постоянной составляющей осуществляется при помощи последовательно подключенного конденсатора. Настройка уровня проводится во время передачи первых двух бит нового фрейма. Допускается выполнение восьми успешных регулировок.
P: Контакт питания A: Analog pin D: Digital pin  5V Safe: Контакт входа-выхода, предназначенный для поддержки напряжения 5 В на линии шины  Out: Выходной сигнал In: Входной сигнал In/Out: Двунаправленный сигнал

 

PLUG&PLAY 

Пример применения:

На рисунке 4 показан типичный пример применения AMIS-30585, включенного вместе со вспомогательными компонентами: с линейным усилителем питания (AMIS-3058), контроллером схемы и интерфейсом измерительного устройства. Между микросхемой модема и линейным усилителем устанавливается полосовой фильтр, предназначенный для снижения шумов, влияющих извне на полосу пропускания. Фильтр собран вместе с внешними пассивными компонентами.

 

 

Рис. 4. Типичная схема включения S-FSK AMIS-30585

Соединение линейного усилителя с линией реализовано через трансформатор и емкостную связь. Связь модема и схемы приложения осуществляется через последовательный интерфейс (SCI). Связь с измерительным устройством легко устанавливается с помощью интерфейсной микросхемы измерительного устройства. Она предназначено для реализации физического интерфейса между контроллером и стандартным выходом импульсного генератора S0 (DIN 19234) измерительного устройства. Значения элементов обвязки: C1=C2=325 пФ, R1=22.6K, R2=2.2K, R3=16.5K, R4=1K, R5=1.66K. Другие значения приведены в параграфе, посвященном описанию типовых внешних компонентов.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru