Модем для передачи данных по силовым линиям AMIS-49587


PDF версия

В статье рассматриваются основные особенности и характеристики нового устройства передачи данных по силовым линиям — модема AMIS-49587 компании On Semiconductor.

AMIS-49587 — однокристальный модем, предназначенный для передачи данных по линиям электропередач (ЛЭП) с низким или средним напряжением. Обмен данными происходит в полудуплексном режиме на скоростях 300, 600, 1200 и 2400 бод. Основными областями применения AMIS-49587 являются системы автоматического удаленного считывания показаний датчиков, удаленный контроль безопасности, контроль за освещением улиц, передача сигналов тревоги (пожара, утечки газа и пр.).
AMIS-49587 имеет инновационную двойную архитектуру, содержащую обработчик протоколов как высокого (МАС), так и низкого уровня. Программист только пересылает данные на модем и не думает о тонкостях передачи.
AMIS-49587 соответствует стандартам EN 50065 CENELEC и IEC 1334-5-1. Он работает от источника питания 3,3 В и подсоединяется к силовой линии через внешний усилитель мощности и трансформатор. Внутренняя схема ФАПЧ привязана к частоте сети электропитания (50 или 60 Гц) и используется для синхронизации передачи данных на скоростях 300, 600, 1200 и 2400 бод, что соответствует 3, 6, 12 или 24 битам на полцикла частоты сети.
Для модуляции данных применяется смешанный вид S-FSK, сочетающий в себе преимущества частотной модуляции и методик расширения спектра. В отличие от классической частотной модуляции, частоты, соответствующие логическому нулю и логической единице, разнесены на большое расстояние, поэтому качество передачи нулей и единиц не зависит друг от друга. Пары частот, поддерживаемые AMIS-49587, лежат в диапазоне 9…95 кГц и отличаются обычно на 10 кГц.
Согласование и преобразование сигнала производится в аналоговом входном каскаде. Последующая обработка сигнала и протоколов производится в цифровом виде. Часть цифровой обработки производится в аппаратных блоках (критичные ко времени задачи), а часть — в мик­ро­про­цессоре ARM 7TDMI (некритичные ко времени за­да­чи). Микропроцессор управляется аппаратно. Он одно­временно выполняет обработку сигнала и обеспечивает протокол связи, содержащий в себе МАС-уровень. Выходной интерфейс модема — последовательный полудуплексный асинхронный двухпроводной протокол SCI (линии TXD и RXD).

Применение

Модем AMIS-49587 предназначен для соединения устройств по каналу связи в распределительной сети (DLC — Distribution Line Carrier). Он может быть подключен в следующих нескольких режимах (см. рис. 1).

Рис. 1. Примеры применения AMIS-49587

1. Сервер. Модем предоставляет ресурсы абоненту. Типичное применение — счетчик электроэнергии, оборудованный для работы в канале DLC.
2. Абонент. Модем осуществляет подключение к удаленному серверу. Примером может быть система концентраторов.
3. Шпион. Модем используется для мониторинга или тестирования канала связи в распределительной сети.
4. Тестовый режим. Модем тестируется на соответствие требованиям CENELEC.

Схема включения

На рисунке 2 приведена типичная схема включения модема. Между кристаллом модема AMIS-49587 и входным усилителем мощности NCS5650 ставится полосовой фильтр, чтобы снизить шумы и помехи вне полосы передачи. Входной усилительный каскад подключается к сети через трансформатор и согласующую цепь.

Рис. 2. Типичная схема подключения AMIS-49587

К выходу модема подключается интерфейсная схема SCI, которая обеспечивает физический интерфейс между связным контроллером и стандартным выходом S0 (DIN 19234) счетчика.

Структурная схема

Общая структура AMIS-49587 приведена на рисунке 3. Модем содержит блок приемника и передатчика, схемы синхронизации и связной микроконтроллер ARM 7TDMI.

Рис. 3. Структурная схема AMIS-49587

Рассмотрим основные функциональные узлы более подробно.
Схема передатчика приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Структурная схема блока передатчика

Интерфейс с ядром ARM осуществляется через 8-разрядный регистр, два регистра контроля и считывателя флага и два 16-разрядных регистра, определяющих частоты логического нуля (fs) и логической единицы (fm).
Передатчик работает синхронно с двумя сигналами BIT_CLK и BYTE_CLK, когда в регистр TX_RXB в R_CONF записана логическая 1. Для правильной работы содержимое регистра TX_RXB должно обновляться после каждого прерывания, генерируемого PRE_BYTE_CLK. Взаимодействие между ARM-ядром и передатчиком производится по прерыванию. По каждому фронту BYTE_CLK данные из R_TX_DATA копируются в буфер R_TX_DATA_BUFFER. Обработка кадра (преамбула, МАС-адрес, контрольная сумма) производится в ядре ARM.
Схема приемника приведена на рисунках 5 и 6. При­ем­ник активен при TX_RXB = 0. Режим работы и скорость потока данных устанавливаются в регистрах R_CONF [9:0], R_FS [15:0] и R_FM [15:0].
Согласно стандарту IEС, пересылка данных производится в моменты, когда напряжение сети пересекает нулевое значение. Эти моменты регистрируются в блоке детектора перехода через ноль (Zero crossing) выводом M50HZ_IN. На выходе детектора устанавливается логический ноль, если напряжение меньше порогового, и это является признаком скорого прохода нуля. Эти моменты регистрируются в течение 0,5…1 мс.

Рис. 5. Структурная схема аналоговой части блока приемника
Рис. 6. Структурная схема цифровой части блока приемника

Модуль связного контроллера (см. рис. 3) состоит из собст­венно микропроцессора и периферийных блоков: ОЗУ, ПЗУ, таймера, схемы сброса при включении, интерфейса UART. Микропроцессор представляет собой чип ARM 7TDMI и построен по RISC-архитектуре, поэтому для большин­ства команд время выполнения составляет один такт. Мик­ро­конт­рол­лер содержит схемы обработки прерываний, а также об­ра­бот­чики протоколов физического и МАС-уровней.
У контроллера есть при порта, указывающих статус и стадию обмена. Это I0 — индикатор процесса успешного приема данных; TX_ENB — выходной порт, информирующий о включении передатчика; TX_DATA — выход для передаваемых данных либо сигнала синхронизации с интервалами времени (PRE_SLOT).
Скорость обмена по протоколу SCI устанавливается выводами BR0 и BR1 в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1. Установка скорости передачи данных

BR_1

BR_0

Скорость, бод

0

0

4800

0

1

9600

1

0

19200

1

1

38400

Арбитраж

Во избежание коллизий между данными, пересылаемыми контроллером AMIS-49587 и базовым МК, контроллер модема имеет статус передающего. Т.е. во время отсутствия локальных пересылок он может инициировать обмен без проверки состояния базового микроконтроллера. Если базовый МК собирается начать передачу, то он посылает запрос T_REQ. Приоритет при пересылке данных — у микроконтроллера AMIS-49587.

Программное обеспечение AMIS-49587

Программное обеспечение модема AMIS-49587 содержит функции обработки превышения времени ожидания и проверки на наличие ошибок, а также выполняет обработку сигналов подтверждения и осуществляет процедуру приема.
Проверка на наличие ошибок содержит несколько стадий: считывание контрольной суммы, проверка длины пакета и синтаксиса команд. При обнаружении ошибки пересылка повторяется.
Процедура приема заключается в предупреждении возникновения коллизий. Доступ к ресурсам модема осуществляется по последовательному протоколу местной связи. Арбитраж проводится микроконтроллером AMIS-49587. Модем может осуществлять внутреннюю пересылку в базовый МК напрямую, а в обратном направлении обмен обязательно производится по запросу.
Микроконтроллер AMIS-49587 работает в следующих режимах:
Not Set — осуществляется только прием запросов Reset_Request, TestMode_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request;
Master — осуществляется прием запросов Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB, MAC и ISA;
Slave Not Synchronized — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB;
Slave Synchronized — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB, MAC и ISA;
Monitor — осуществляется прием Reset_Request, WriteConfig_Request, WriteConfigNew_Request, запросы DB. В синхронном режиме возможна локальная пересылка пакетов SPY.

Литература
1. Datasheet AMIS-49587.
2. Материалы сайта www.onsemi.com.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *