电力线载波通讯芯片市场与应用前景

深圳开发科技股份有限公司金卡部 鄢新华

市场需求

---- 作为通讯技术的一个应用领域，电力载波通讯技术近几年才在中国真正出现。由于它的实用性以及在中国巨大的市场前景，迅速被各家公司争相采用。

---- 一户一表，取消用电中间层，降低居民用电价格，消除用电过程腐败现象。配合中国的用电制度改革，以计算机为基础的自动抄表系统成为电力部门响应国家这一政策的解决方法。自动抄表系统目前主要有有线通讯技术和电力载波通讯技术。有线通讯技术作为传统方法，以其稳定性占有优势。但有线通讯铺线工程浩大，而且容易被人为损坏；同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，难以让居民接受。电力载波通讯技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通讯线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。自动抄表系统还适用于水表、煤气表等家用生活表。

---- 智能大厦、智能小区已成为市场热点，各公司纷纷加入这一新兴领域。智能大厦、智能小区是一个综合性的系统工程，包含许多小系统。各家各户、每一房间也存在铺设通讯线路问题，例如消防报警系统、防盗报警系统等，把各报警点集中起来统一处理，采用电力载波通讯有其无法比拟的优越性。因此对智能大厦、智能小区底层通讯方式的选取，各公司不约而同把电力载波通讯作为首选。

---- 在有些干扰大、布线困难的工业自动化控制系统，采用电力载波通讯方式能达到事半功倍的效果。电力载波通讯技术适用范围相当广泛，电力线在现代生活中已无处不在，只要能满足通讯要求，而又不便布线，都可采用电力载波通讯技术。

电力线通讯特点

---- 电力线是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制。

---- 1．配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。

---- 2．三相电力线间有很大信号损失（10dB-30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。

---- 3．不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用。

---- 4．电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50Hz和60Hz，则周期为20ms和16.7ms。在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100Hz或120Hz脉冲干扰，干扰时间约2 ms，固定干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用。

---- 5．电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，提高载波信号功率会增加产品成本和体积。而且，单一提高载波信号功率往往并不是有效的方法。

---- 6．电力线上存在高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的，有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用藕合电感从电力线上藕合下来的噪声一般就在10mV以上，而一般传输的数据信号会削减到1mV，如不采用电力线专用modem芯片来解调数据信号，通讯距离会相当短。

---- 7．电力线引起数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号影响不一样，同时电力线是时刻动态变化的，不同时间对数据信号影响也不一样，这就使发出的规则数据信号经过电力线后，接收到的信号是严重变形、参差不齐的信号，所以必须加以特殊处理。

---- 电力线上的高削减、高噪声、高变形，使电力线成一个不理想的通讯媒介，但由于现代通讯技术的发展，使电力线载波通讯成为可能，其中数据信号的信噪比决定传输距离的远近。电力线载波通讯的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波专用modem芯片。

现有几种电力线载波芯片

---- 国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波modem芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美洲地区电网（480Y/277V，208Y/120Vac）的标准频率范围100KHz-450KHz和针对欧洲地区电网（400Y/230Vac）的标准频率范围9KHz-150KHz。各家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采用各种特定专有技术，设计出各己的电力线载波modem芯片。由于国外电力线载波modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构，且一般是针对家庭内部自动化而设计，在国内使用都难尽人意。目前，有一、两款电力线载波modem芯片在一定应用领域可勉强使用。国内可使用的电力线载波modem芯片有以下几种：

---- 1．XR2210/XR2206套片或LM1893

---- 这是比较早的电力线载波芯片的应用。XR2210/XR2206是一组FSK方式的调制解调芯片，并不是专们针对电力线载波通讯而设计的，还可用于有线和无线通讯。LM1893是国半公司modem芯片，FSK的调制解调方式，它只是对一般FSK调制解调芯片的稍微改进，目前，以上两款modem芯片在国内基本没有采用。

---- 2．ST7536

----ST7536是SGS-THOMSON公司专为电力线载波通讯而设计的modem芯片。由于它是专用modem芯片，所以除有一般modem芯片的信号调制解调功能外，还针对电力线应用加入了许多特别的信号处理手段。目前，在国内电力线载波抄表领域应用广泛，只是各公司应用水平不同。ST7536是半双工的FSK modem芯片，600bps时灵敏度为2mV，1200bps时灵敏度为3mV。它针对电力线载波通讯而采用了数字滤波器、AFC（自动频率控制）、ALC（自动输出幅度控制）以及软件上的三字节容错等现代通讯技术。ST7536也是较早的电力线载波modem芯片，调制解调技术是较落后的FSK方式，加上三字节容错，它最高波特率只能达到400 bps。另外它无CSMA（网络载波侦听）功能，这些限制了它的应用。目前，在国内电力线载波抄表领域，ST7536是最适合的modem芯片。但它通讯距离不是很理想；需要作中继器时，通讯速度太慢；它是每位中断一次，按1200 bps计算，每833微秒中断一次，对更复杂的应用来讲，833微秒间隔会短了一点。

---- 3．SSCP300

----SSCP300是Intellon公司采用现代最新通讯技术设计的电力线载波modem芯片。它采用了扩频（Chirp方式）调制解调技术、现代DSP技术、CSMA技术以及标准的CEBus协议，可以称为智能modem芯片，体现了modem芯片的发展趋势。但在国内电力线载波抄表领域使用效果还不如较早的ST7536。究其原因，SSCP300是Intellon公司按北美地区频率标准、电网特性，特别针对家庭自动化而设计的。频率范围是100KHz-400KHz，电网电压是480Y/277Vac、208Y/120Vac、60Hz。它可采用线-地藕合方式，由于针对家庭自动化，主要一家一户式独立住宅，所以在通讯距离上，它还采用陷波器隔离，防止干扰邻近住宅。而国内电力线载波抄表领域主要要求通讯距离。针对中国现状，SSCP300难以胜任电力线载波抄表领域的要求。

---- 4．PLT-22

----PLT-22是Echelon公司最新电力载波收发器，它是针对工业控制网而设计，采用BPSK调制解调技术以及多种容错及纠错技术，所以目前在中国应用效果最理想。但它是Lonworks网络专用，而且价格太高，难以在民用市场领域大规模推广。

应用前景

----目前还无一款真正适合国内电力线载波通讯的modem芯片。中国的电网特性、电网结构、居民住宅分布状况、电力线载波通讯的应用领域等方面与国外有一些不同之处。电力线载波通讯modem芯片的瓶颈作用越来越突出，使国内电力线载波通讯市场难以迅速增长，也延缓了用户对电力线载波通讯技术的认同和接受。而现代通讯技术发展到今天，完全能消除这个瓶颈，这就需要国内电力线载波通讯领域的公司及相关人员利用自己对国内电网特性、住宅结构、市场要求等的了解，加上对国外电力线载波通讯技术的深入了解，利用国外先进的现代通讯技术，定制出国内电力线载波通讯modem芯片的最佳模式。目前，已有相关公司正切入这一市场，积极与国外相关公司联系、合作，相信在未来一、两年内，就能推出真正适应国内市场需求的电力线载波通讯芯片，为载波通讯打开一个光明前景。

以上文章原载《今日电子》杂志