電力線通信(PLC)可以利用現有基礎設施提供低成本的網絡。數字信號控制器為PLC網絡提供維持穩(wěn)健信號所需的高級處理性能，其運行開銷和片上外設可進一步降低系統(tǒng)成本。下文將對此作進行詳細介紹。

在環(huán)境非常惡劣的工廠或室外經常能見到照明、測量和其他控制應用，但在這些地方的網絡通信若不采取常規(guī)方法則變得異常困難。因為惡劣的環(huán)境不僅對信號有相當大的干擾，而且在許多情況下，如果還沒有專用通信布線的話，安裝費用也非常昂貴。因此，建立控制網絡通信的最佳介質將是無處不在的電力線。

PLC是各種網絡工業(yè)、公共事業(yè)和商業(yè)應用中的監(jiān)控網絡的理想解決方案。然而為了達到較高的效率，PLC必須具備成本效益和穩(wěn)健性。而要實現這些性能，系統(tǒng)開發(fā)人員可以借助于數字信號控制器所提供的強大性能和集成度。

與使用專用傳輸線的傳統(tǒng)網絡不同，PLC網絡可以通過現有的低壓、中壓和高壓電力線在數公里范圍內收發(fā)數據?；诟咝阅軘底中盘柼幚砥?DSP)技術的數字信號控制器可在惡劣環(huán)境中的全規(guī)模網絡上實現可靠的PLC吞吐量，使其能夠監(jiān)控所有的網絡節(jié)點。

高度集成的控制器還能降低系統(tǒng)成本和易于適應不斷變化的網絡需求。在工廠、公共事業(yè)分布系統(tǒng)、辦公建筑群、礦山、海底電纜和其他惡劣環(huán)境中，數字信號控制器都可以在實時監(jiān)控所需速率下支持高效的PLC傳輸。

單芯片modem和應用軟件

在許多監(jiān)控應用中，成本是首要考慮因素，因此這時系統(tǒng)的集成度越高越好。PLC系統(tǒng)功能可以被分成三部分：模擬前端(AFE)、調制解調器(modem)以及測量或控制應用軟件。AFE主要用于接收和驅動信號，并將信號從電力信號中分離出來；modem則使用特定的頻率和鍵控技術對通信信號進行調制和解調。雖然很多設計方案中的modem和應用軟件采用不同的控制器，但數字信號控制器帶給PLC設計的一個重要好處是其可以在單個器件中集成modem和應用軟件。

位于數字信號控制器核心的DSP可提供比價格相當的RISC MCU強得多的運算性能，這些性能足以用來執(zhí)行modem和應用軟件。另外，片上外設是針對控制需求特別選取的，其提供的是一種系統(tǒng)解決方案。數字信號控制器的性能和集成度可以減少元件使用數量和電路板空間，這對諸如可調光照明鎮(zhèn)流器、電子表和電機驅動器等成本敏感的應用非常有利。另外，DSP的可編程性使得系統(tǒng)能更好地適應環(huán)境干擾，從而提高傳輸的可靠性，而DSP的額外MIPS性能還可以用來增加功率因數補償等功能，從而使終端產品具有更高的能效。

穩(wěn)健的通信

由于典型的PLC使用環(huán)境比較惡劣，因此傳輸必須高度穩(wěn)健。在多種能傳送位的物理層調制方案中，有兩種特別適合工業(yè)監(jiān)視和控制的方案，即頻移鍵控(FSK)和二元相移鍵控(BPSK)。由于該兩種方案都不依賴電力信號作為載波，因此可以用在任何頻率、任何電壓值的AC和DC電力線上。而當節(jié)點的供電中斷時，只要控制通信電路的獨立供電不間斷，FSK和BPSK還能照常工作。

FSK采用兩個不同的頻率發(fā)送信號，電平“1”時用74kHz，電平“0”時用63.3kHz；而BPSK則采用相同頻率發(fā)送“1”和“0”，其相位差為180度。監(jiān)控通信常用標準是CEA179，其指定BPSK發(fā)送頻率為131.5kHz，波特率是5.5kbps或每個碼元24個周期。雖然CEA-179沒有對FSK加以規(guī)范，但它完全兼容該標準的協議棧，因此也可以使用CEA-179進行傳輸。在滿足系統(tǒng)限制的前提下，數字信號控制器可以通過改變傳輸頻率來避開干擾，從而提高通信性能。

圖1是專為可靠性進行設計的CEA-179數據包格式。該數據包和位的邊界是用于位同步的24位向量，后面是指示數據起始位的11位字同步信號。發(fā)送器將每8位指令編碼成一個11位的字，在接收器側再將其解碼并移位至存儲器緩存。在PLC中，指令數據還增加了16位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC)，EOP則使用重復的11位字進行識別。因此，CEA-179協議與BPSK和FSK的結合可確保穩(wěn)健的PLC傳輸，并能為多節(jié)點的實時控制提供足夠的帶寬。

圖1：CEA-179數據包格式。

PLC設計

下面給出了使用數字信號控制器直接實現PLC的設計實例。圖2是用于諸如可調光鎮(zhèn)流器等應用的AC環(huán)境下的PLC通信與控制系統(tǒng)框圖。AFE接收器-發(fā)送器位于圖的左邊，modem和應用軟件算法運行在中間的控制器上，右邊則包含了應用電路。例如在一個電流解決方案中，一個測量芯片與C2000相連。測量芯片執(zhí)行測量功能，C2000使用PLC發(fā)送測量數據。雖然本文重點放在FSK調制方面，但相同設計經過AFE和控制算法方面的少許修改也可以用于BPSK。

圖2：PLC系統(tǒng)框圖。

上述設計中使用的數字信號控制器是一個帶DSP內核的器件，該內核工作在100MHz時可提供100MIPS的性能。在一個普通應用中，約45MIPS用于modem，余下約55MIPS可用來運行應用軟件。在34KB片上閃存和一次性可編程存儲器中，12KB用于modem代碼；12KB的數據存儲器中的5KB用于modem；其余的存儲器空間則全部用于應用軟件?？刂破鬟€提供6個帶獨立定時器的脈寬調制(PWM)輸出，可用于modem和應用軟件的信令傳輸。12位ADC使用單通道對所接收的信號進行采樣，剩余的15個通道則處于空閑狀態(tài)。數字信號控制器還提供了SPI和SCI接口用于本地通信，另外還有30多個通用I/O通道。