可配置AFE让电力线通信发生变化

作者：Stephan Guenot


当我还是小孩子的时候，电力公司的人会定期到我家来抄电表，以便根据我家的用电量向我们收取电费。这不仅很耗费时间，而且还要派人到偏远的地方。我敢肯定大家都听说过工作人员被狗撵的事。但随着智能电网的出现，人工抄表已经是过去的事了。
过去几年，电力网发生了翻天覆地的变化，它正在走向“智能化”。这意味着什么呢？电力网的主要目的是通过电线将电力从电厂传输到用户家。用户家安装有电表，用来显示其所使用的电量，以便以此来缴纳电费。既然用户家已经通过电线网络连接至电厂，为什么不使用该连接在传输电力的同时，也进行信息传输呢？这就是实施智能电网的原因所在。
电气仪表公司使用 OFDM 等抗噪声调制方案，采用德州仪器 (ti) C2000™ MCU 等微控制器 (MCU) 管理物理层协议，并采用 AFE032 模拟前端 (AFE) 等专用发送器在电力线上传播信息，因此他们能够构建可将信息从用户家中实时传回电厂的电表。这样，电力公共事业公司不但可自动测量用户用电量，而且还可根据用户需求实时调整发电。

然而，电表的一些实际挑战则是需要满足特定的辐射标准，以免与其它通信方式（例如无线或高频率）产生干扰。这些标准非常不同，主要取决于您居住在世界的哪个地区，因而电表的制造工艺非常复杂。此外，设计能够在 21Vpp 下提供 1.5A 以上电流的功率放大器也能为其自身带来非常困难的工程设计任务。市场上其它单片 IC 中没有哪款产品认为自己能够在提供如此功能的同时，将总谐波失真 + 噪声保持在 0.003% 以下。不可否认，良好的分立式设计能满足这种需求，但它需要精心设计超过 20 种分立式组件，所需的组件数量将是单个 IC 的 10 倍以上。这正是全面集成型模拟前端能够力挽狂澜的地方。

AFE032 可在世界任何一个地方部署，其所集成的功率放大器能通过专用电网在电力线上传输信号。功率放大器是决定解决方案成败的独特组件。在低阻抗电力线中传输模拟 OFDM 信号，需要设计良好的特殊功率放大器，其可远距离传播信号。
这就是 AFE032 的重要规范发挥以下作用的地方：

• 提供高达 21Vpp 的大输出摆幅；
• 提供高达 1.5A（典型值）的大输出电流；
• 支持 6.5V/V（或更高）增益下的高带宽（AFE032 为 3.82MHz）；
• 支持 6.5V/V 增益下的高压摆率（AFE032 为 75V/us）。
  

此外，AFE032 还整合了几个自适应动态滤波器，不仅可用于清理输出信号，防止与其它通信模式产生干扰，而且还可充分满足电表部署所在国的标准要求。
AFE032 具有功率放大器的各种功能以及几款自适应滤波器，是非常灵活的解决方案，其可在极少修改的情况下，以最短的时间在世界任何一个地方部署。与 C2000 MCU 结合，AFE032 可通过配置在日本、法国或美国的电网上传输信息，而且只需对电表及电气配置进行极少量的修改。这可为电表制造商提供一个适合所有智能电网方案的设计。

在这一点上，电力线通信的未来不再仅限于智能电网，还将涉及楼宇自动化、照明控制以及智能家电的全新领域。这些应用正在我们周围蓬勃发展，从而可将每个住户和每个楼宇中的电气网络作为全新的通信及控制方式使用。凭借其高度可配置的方案，集成型模拟前端产品可充分应对电力线通信的未来需求。
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