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HCPL-8100/0810电力线驱动器在窄带通信中的应用(图)

在接收机部分增加了电阻器R12,以保证接收模式下的输出阻抗符合CENELEC规范/标准(EN50065-7),如图5所示。为在接收模式下有效操作,下面的HCPL-8100/0810设备应使输出并联到地,可以通过利用Tx-en针脚支持设备来实现。在这种接收条件下,5V TVS D1和D2作为到地的共模浪涌和突发瞬变的电压钳位电路使用。如果没有它们及轨到轨保护二极管D3、D4、D5和D6,超过11V的瞬变电压会损坏HCPL-8100/0810设备。这一配置适用于最简单的单端接收机,但是单端配置不能抑制共模噪声。为更好地抑制共模噪声,建议使用差模接收机。图9是132.5kHz信号使用的相应差分接收网络。

电源考虑因素
 ---电路板设计的一个基本考量是电源系统配置。建议所有接地端子都连接到一个公用接地平面及HCPL-8100/0810芯片的接地针脚上,在132.5kHz的信号传输过程中,电源和接地平面上将出现高电流(典型值高达0.265Arms,即0.75App)。如图10所示,从HCPL-8100/0810输出到Vcc和Gnd针脚的轨迹应尽可能粗、尽可能短,以降低串联电阻。如果接地或电源通路具有2mΩ或更高的电阻,那么载频信号可能会产生第二次谐波波纹,并可能会通过信号变压器耦合到市电上。假设单位(或0dB)电源抑制比(PSRR),可以通过下述公式计算谐波电平。
---0.75App·2mΩ=1.5mVpp= 54.5dBμVrms
---如上面的值所示,如果没有良好的PSRR性能,就算有理想的、没有波纹电压的DC电源,载波信号导致的输出干扰相对于CENELEC要求也已经非常大了。幸运的是,HCPL-8100/0810的典型PSRR约为72dB,因此输出上出现的实际干扰仅约为-17.5 dBμVrms,或0.38μVpp。
---在使用以132kHz频率开关,且全负荷输出波纹是50mVpp的开关电源为HCPL-8100/0810提供直流供电时,132kHz时的干扰将是12.9dBμVrms,或发送时的12.6μVpp。接收机上相应的干扰将略低,约为10μVpp。这个值尽管很小,但其已足够高,可以影响接收机的灵敏度。因此,如果使用开关电源,那么使用的开关频率要比载频高得多,这一点非常重要。
---通过正确设计开关电源及选择输出器件,可以进一步降低电源波动噪声。最大的改善来自使用具有超低ESR的电解电容器。另一个问题是Vcc模拟电源上出现的噪声可能也会耦合回到收发机设备上。为避免这种情况,应在电源和收发机的Vcc之间使用良好的钽电容器,把噪声并联到Gnd针脚上。
---浪涌和突发保护
---由于HCPL-8100/0810的电力线通信应用同时涵盖室内环境和室外环境,因此必须使用相关的一系列CENELEC抗干扰能力指标标准和测试,模拟环境条件。必须进行EN61000系列抗干扰能力测试中规定的测试,以检验是否符合规范/标准。推荐的耦合电路结构在高压测试中是一个弱项。实际上,低插入损耗的有效耦合网络的结果,是从交流市电到HCPL-8100/0810的线路驱动器电路上提供了一条低阻抗通路,因此在高压瞬变时可能会损坏设备。基于这一原因,建议从市电到线路驱动器增加保护设备,如MOV(金属氧化物变阻器)和TVS(瞬变电压抑制器),如图11所示。
---RV1上额定值为275VAC的MOV、D1和D2上额定值为5V的双向TVS及轨到轨保护二极管提供了浪涌和突发保护。另外还需要使用轨到轨保护二极管,如D3、D4、D5和D6,因为在差模浪涌和共模浪涌状态下TVS的最大钳位电压仍高于为集成电路提供的Vcc电压。应根据MOV的等级选择熔丝的额定电流。对电力线应用,根据EN50065-4-2要求,应能够耐受4kV/6kV的瞬变/浪涌电压。与浪涌和突发保护有关的其他考虑因素取决于多种情况,如耦合接口、电路板布局和使用的元器件特点。

共模噪声抑制
 ---为实现良好的接收机性能,其灵敏度应尽可能高,灵敏度电压电平应尽可能低,以便可以扩展整体接收机范围/距离。重负荷电力线条件下的载波信号将经历高衰减,高达100dB甚至更高。在这些条件下,来自共模噪声的干扰会变得非常明显。如果没有正确的共模噪声抑制技术,则不能改善接收机灵敏度。如图9所示,通过使用差模接收机配置所作的实验,发现如果TVS D1和D2的中心分接头没有接地,那么对信号变压器中20Vpp的共模噪声源,接收机的共模噪声输出可能会高达115mVrms。一旦TVS D1和D2的中心分接头接地,整体共模噪声输出会下降约28dB,达到16mVrms。
---如果信号变压器提供中心分接头,可以进一步抑制共模噪声。在信号变压器的中心分接头接地时,可以把整体共模噪声输出再降低30dB。这样通过把TVS D1和D2及信号变压器接地,整体共模噪声抑制可以高达58dB。图12说明了适合共模噪声抑制的最终接收机配置。




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