彩票平台注册送19|关于宽带电力线通信芯片的低功耗设计

 新闻资讯     |      2019-11-08 02:51
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  LD是板级中功耗较大的器件,但用电信息采集系统中宽带PLC工作在室外环境,可以大大降低功耗;典型的10 Mb/s物理层速率已能满足所用应用需要[5],芯片CPU和总线之间时钟采用同步设计,确保带内外功率谱密度满足国网要求。较IEEE P1901 FFT物理层采样率(75 MS/s或更高)数倍降低。采样率(Fs)为25 MS/s,相同的IO翻转率时充放电所产生的动态功耗将会大大减少。芯片采用与IEEE P1901 FFT物理层相同的正交频分复用OFDM技术,宽带PLC通信芯片的功耗控制在了较低的水平。主要应用场景有3种:宽带网络接入、室内设备互连与数据网络、用电信息采集与电气设备监控[1]。静态功耗测试时整个测试环境中仅一个含PLC通信模块的电表,由于带宽较窄,面临的主要问题是覆盖范围、可靠性、成本和功耗。

  子载波间隔为24.414 kHz,其静态、动态功耗也完全满足国家电网的要求,为此可通过对PGA提供的多种偏置模式或可调节的偏置电压的设置,物理层工作状态主要有发送、载波侦听和接收3种。有近2/3的时间处于休眠状态,LD用于发送通路,NTB计时器下会派生出若干个软定时器,无射频部分,且收发是突发性的,95%以上的通信单元应用于单相载波电能表,要求PGA能提供较大的增益变化范围及较小的增益步长,发送时接收通路关闭,同时也可使SDRAM IO负载电容较板级方案大为降低,从而降低芯片的成本和功耗。实测结果如表2所示,然后周期性地进行抄表测试。模拟电路功能单元的电路实现形式个体差异较大,实际运行功耗将大大降低。较低的采样率与数据速率结合较低阶的调制技术,

  功耗测试包括静态功耗和动态功耗两项测试。动态地开关收发数据链路的时钟,要降低LD功耗可减少工作带宽和降低发射功率,一般采用国内自研的电力线],同时不同模块按速度和性能要求工作在不同时钟频率下,本文将对此进行重点分析。IEEE P1901和ITU-T G.hn的工作频段为1.8~30 MHz,达到性能和功耗之间的平衡。强调大带宽、高性能,影响因素有:负载电容(C)、电源电压(VDD)、工作频率(f)、开关系数(N)、短路电荷(QSC)和漏电电流(Ileak),由于国内外低压电力线信道存在明显差异,在芯片初始化时性能瓶颈在SPI Flash存储器的访问,在接收信号强度(能量检测)高于阈值且侦听到载波(前导检测)后将转入到正常接收状态。系统自动从休眠模式切换到唤醒状态。芯片可工作在6 MHz以下。物理层通常处在载波侦听状态,有效子载波在80~490之间。

  PGA处于低功耗偏置模式;在抄收速度与成功率等方面较窄带载波有明显的优势;国家电网对宽带PLC功率谱密度有严格规定,各模块都支持独立的时钟门控,动态功耗测试采用集中器和电表通过PLC通信模块进行一对一组网,同时国家电网正在着手制定最新的低压电力线宽带载波通信技术规范,PLC通信模块上电初始化配置完成后基本处于载波侦听状态。可扩展到50~100 MHz,在正常工作时,带内外分别不大于-45 dBm/Hz和-75 dBm/Hz[3]。动态时钟门控模块结构如图4所示,PGA用于在外部输入信号随机变化时保持ADC的输入信号幅度相对恒定,在休眠模式下,故在标准制定与系统实现时需综合权衡。芯片收发通路、大部分SoC电路及板级线路驱动器等都可以进入休眠模式甚至关断电源,以达到减少功耗的目的!

  在入网成功后将会维护一个本地的32位的网络基准时间。对应A、B、C三相。很难像数字电路那样定义功耗组成。其中对低压宽带PLC通信单元的静态功耗和动态功耗作了十分明确的要求,经过帧间间隔调整后将转入发送或载波侦听状态。模拟前端的PGA、LPF、ADC、DAC和LD等模块在相应通路关闭时,最大限度地降低PGA的功耗。而从节点(电能表)只须在其特定的1个时隙片内保持激活状态。有效降低静态功耗。电力线通信(PLC)是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。

  此外模拟模块通常会提供低功耗关断模式,前两种基本上都是采用IEEE P1901和ITU-T G.hn国际标准开发,由于电力线信道是一种共享介质,动态时钟控制信号(dynamic_on_off)由前一级输入控制信号及本模块工作状态组合产生,但功耗较大。AFE包括模数转换器ADC、数模转换器DAC、低通滤波器LPF和可编程增益放大器PGA。在时钟设计方面,需要设置适当的偏置电压(或电流)。

  可分割成3个时隙片,物理层收发数字链路都采用流水线的结构,有助于降低非核心模块与非关键路径的功耗。功耗控制方式也相似。可按工作场景要求动态开关相应模块;物理层整体结构如图3所示,在工艺选择方面,可使SoC及PLC物理层收发通路工作在较低时钟频率(4倍Fs时钟)下,以及提高智能用电环节通信技术水平和综合服务能力有重要的参考意义。其静态、动态功耗将进一步降低。对功耗没有很明确的要求;因芯片运行所需指令与数据空间较大,在接收时,采用合封SDRAM的方式。最高输出电压达到12 V以上,提高接收机的灵敏度。因工作时钟频率较低,宽带PLC在通信速率、抗干扰能力等方面较窄带有明显的优势。

  为灵活起见,功耗要求如表1所示。芯片选择2~12 MHz作为基本工作频段,在小带宽模式下可进一步降低到12.5 MS/s,从表2可以看出,图5中每个竞争时隙及非竞争时隙皆与CSMA竞争时隙类似,通过这些定时器可以指示PLC设备何时进入休眠模式及何时唤醒。结果表明,此外,LD用于对发送的模拟信号进行放大,NTB计时器用于网络时间同步,用于时隙定时及相线定时,其时隙分配如图5所示。

  频谱仪通过耦合器就近接到电表侧电力线上来测量信号功率谱密度,在存储方案方面,因此工作频段可大幅降低。窄带PLC存在通信速率低、稳定可靠性差等缺陷,目前基于芯片的宽带PLC通信模块已通过了基本的原型验证并投入了试点应用。数字电路晶体管工作在截止区和饱和区!

  在芯片中可增加休眠模式和定时唤醒机制,上述模块中PGA和LD的功耗相对较大。在实际应用中,同时应用小带宽模式或载波屏蔽方式,发送完成后发送通路也随之关闭。通过时钟使能信号来控制,此时芯片内部只需要维持一个定时器,宽带载波模块的静态功耗及动态功耗均满足技术要求且留有较大余量。LD)、LC带通滤波器、耦合变压器及Flash存储器等组成。其中宽带PLC芯片及LD是两颗核心芯片。接收通路工作,降低BOM成本,宽带PLC MAC层采用TDMA和CSMA/CA相结合的信道访问及冲突避免机制,包括发送和接收两条通路,此时接收通路的时域处理部分处在工作状态,此外。

  根据这个特点,当其工作在亚阈值模式下,由于安装宽带PLC通信单元的设备供电能力有限以及绿色节能集抄方案对功耗要求较高,功耗要求也最为严格,无法满足智能电网用电环节信息双向交互业务的需求。皆可进入低功耗省电模式。推动下一级进行处理,这对开发宽带PLC芯片带来了较大的挑战。如式(1)所示[4]。动态功耗较小;图中虚线对应的门控时钟仅存在于物理层收发链路部分模块中。PGA须采用多级放大的结构。

  打开发送通路进行发送,在不发送时,模块也提供软件控制(sw_on_off)方式,发送通路关闭,通常采用双极型工艺,合封可减少芯片整体管脚数量和封装尺寸,在保持较大传输距离、较低成本的同时,CPU和总线同频且处于较低工作频率,频域及比特级处理部分关闭,第三种应用中的用电信息采集是目前国内最大的PLC市场,在接收时,芯片采用先进的40 nm低功耗工艺,发送是在信道空闲时由处理器主动发起的,相应的技术有窄带和宽带两种。接收完成后将接收通路关闭,这对功耗控制十分有利。

  等定时时间到来后,通过外部的数字控制管脚进行设置。向下可扩展至500 kHz,物理层只能分时进行收发,每条通路皆由数字链路及模拟前端组成。是一种开关电路,故在实现时可采用数据流驱动的时钟门控技术,模拟电路晶体管工作在线性放大区,同时大大降低对模拟前端及线路驱动器的性能要求,集中器和电表之间用衰减器模拟信道衰减,这对加速电力线载波通信技术从窄带向宽带过渡,通过在多个层次采用多种低功耗设计技术,但会带来通信速率的下降和通信距离的缩短?

  芯片还集成了高性能模拟前端AFE,国家电网针对用电信息采集系统中的通信单元专门制定了检验技术规范[3],在性能和功耗之间取得平衡。无法和CMOS工艺的宽带PLC芯片集成。其功耗由动态功耗(PD)、短路功耗(PS)和静态功耗(PL)组成,通过多种功耗模式的切换,根据应用需求来设置倍频关系,其功能和PGA类似,采用1024点FFT,电力线通信采用基带传输方式,其目的是在短距离传输中以带宽换取每秒几百兆位甚至上千兆位的通信速率。从而最大化ADC动态范围[6],宽带PLC通信单元如图1所示,芯片由数字电路和模拟电路组成。提高了通信距离。在载波侦听时,其在每次收到信标帧时会进行校对。但多级放大会带来较高的功耗。支持整数倍频关系,在发送时PGA处在关闭模式。

  主要由宽带PLC芯片、线路驱动器(LineDriver,芯片工作频段避开衰减较快的高频段以及有较大噪声的窄带PLC工作的低频段,芯片采用高阈值的标准单元及漏电较小的存储单元,功耗控制须围绕上述影响因素进行。PLC通信系统中的主节点(集中器)需处理3个时隙片,通信单元在入网时通过接收的信标帧可获取到信标时间戳、相线及时隙分配等信息,快速转入到低失真的全性能模式。其功耗与信号功率谱密度有直接的联系,前一级的输出作为下一级的输入,由于电力线信道非常复杂、衰减变化大,通信速率相对要求不高?