低压电力线通信系统硬件电路设计

1、重庆理工大学毕业论文 目录编号 毕业设计（论文）题目基于OFDM低压电力线通信系统的硬件 电路设计 摘要IAbstractII1绪论11.1电力线通信介绍11.2国内外的发展11.2.1 国外发展状况11.2.2 国内发展状况22 PLC技术42.1 PLC技术原理42.2 PLC技术特性42.2.1低压电力线的信道特性42.2.2传输特性52.3 PLC技术的应用52.4小结6 3 OFDM技术73.1 OFDM技术的基本原理73.2 OFDM的数学表达式83.3 OFDM的实现93.4 OFDM应用于PLC103.4.1 OFDM技术适用于PLC的优点103.4.2 在PLC中引入OFDM

2、技术113.5 小结124 系统的硬件电路设计134. 1 INT5200芯片134.1.1 INT5200芯片简介134.1.2 INT5200芯片的功能结构134.1.3 INT5200的复位和初始化控制164.2 系统总体设计174. 3 系统的各功能模块184.3.1 以太网物理层模块184.3.2 调制解调模块214.3.3 系统可编程单元234.3.4 供电电源模块244. 4 系统的电路实现264.4.1 耦合电路264.4.2 保护电路264.4.3 复位电路284.4.4 以太网接口电路304.5 小结325 总结33致 谢34参考文献35附录37 摘要 电力线通信技术是采用

3、电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。进入21世纪以来，随着调制技术的进步，电力线通信技术也得到了迅速的发展。由于电力线通信不需要重新布线，成本低廉等优点，它作为快带接入的一种方式受到了极大的关注。 本文首先对电力线通信做了简单的介绍，然后对低压电力线通信信道特性做了初步分析，并对能改善此信道的OFDM技术进行了系统的阐述，为电力线通信系统的硬件设计奠定了基础。然后介绍了Intellon公司的调制解调芯INT5200以及相关技术，并在此基础之上，给出了利用这种芯片的整个系统硬件电路设计方案及其各功能模块的具体实现。 关键词 ：电力线通信 OFDM（正交频分复用） 硬件电路设计 INT5200

4、 IIAbstract Power communication uses power lines as communication media for data transmission and information exchange. As we enter the 21st century, with the development of the technologies of modulation, power line communication is developing rapidly. Because power line communication has several a

5、dvantages, such as no need of new wire and low cost, it has drawn a lot of attention in the fields of broadband access. This thesis firstly makes a simple introduction for powerline communication , discussing the transmission channel property of the low voltage powerline, then introduces the Orthogo

6、nal Frequency Division Multiplexing technology which can improve this transmission channel in detail that prepares the ground for the further hardware circuit design of the PLC device. After the related theory analysis , the thesis introduces the Intellons the chips of INT5200 and correlative techno

7、logy ,and then it presentes the design proposal for the whole system and also makes every functional module actualized part by part .Key words：powerline communication OFDM（Orthogonal Frenquency Division Multiplexing） hardware circuit design INT5200 重庆理工大学毕业论文 绪论1 绪论1.1电力线通信介绍127电力线通信（Power Line Comm

8、unication，PLC）是指以高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220V用户线）电力线作为传输媒介，在电力线通信网络的各个节点之间以及在电力线通信网络与其他通信网络之间实现数据交换和信息传递的一种特殊通信方式。它是一门即古老又年轻的学科，直到最近几年，由于技术上的突破性进展而重现生机，更因其在高压到低压各个领域里的应用所带来的震撼而令人鼓舞，被喻为“未被挖掘的金山 ”。然而，作为一种具有光明前景的通信技术，电力线通信由于具有时变性、频率选择性等固有特点，使其在具体应用中仍然存在很多问题亟待我们解决（比如在技术及设

9、备上还不尽完善）。尽管如此，但因它所激发的巨大市场潜力仍然成为世界各大公司及科研单位竞相研究的热点，并开发出相应的器件和产品，同时国内众多的企业也紧随国际步伐，毅然投入到这一领域的研发之中。相比之下，低压PLC技术的研究及应用更为困难。由于低压电力线是一种复杂的传输媒介，线上存在大量噪声，负载多且其工作状态随时间变化，配置情况复杂。其对传输信号的不利影响主要表现为具有随机性的信道损耗、信道噪声和多径效应。因此，在干扰严重的低压电力线上如何实现高速、可靠的数字通信仍然是摆在人们面前的重大课题1。1.2 国内外的发展2261.2.1 国外发展状况英国联合电力公司的子公司Norweb通讯公司在199

10、0年开始对高速电力线通信进行研究。1995年，该公司又与加拿大Nortel（北电网络）公司联手，共同开发这项新技术。19951997年的两年间，Norweb和Notel公司已经成功地在英国曼彻斯特对20个居民用户进行了PLC上网实验，其中还包括话音服务。1997年10月，这两家公司声称已经解决了电力噪声等问题，取得了电力线载波技术的重大突破，利用新开发的数字电力线DPL（Digital Power Line）载波技术，实现了在低压配电网上进行1Mbit/s速率数据传输的远程通信，欲将四通八达的电力线转化为信息高速公路，并在1998年3月25日，成立合资公司NOR.WEB,进行该技术的市场推广。

11、随后，许多国家的研究机构也纷纷开展了高速电力线通信技术的研究和开发 ，如美国的Intellon、Inari（Intelogis）公司，以色列的ITRAN、Main.Net公司，韩国的Xiline公司，瑞士的ASCOM公司，德国的Polytrax公司，西班牙的DS2公司等，产品的传输也从1Mbit/s发展到2、14、24Mbit/s，甚至200Mbit/s。欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始，启动了一个称之为OPERA(Open PLC European Research Alliance)的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量，致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大

12、规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”（信息化欧洲）的重要技术手段。亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等。目前日本的东京电力、新加坡电力、香港电力、香港中华电力等建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年底，PLC的实验网络已遍及欧洲、亚洲、北美、洲南美洲、非洲、以及大洋洲的40多个国家和地区。1.2.2 国内发展状况我国是世界上较早开展PLC技术研究和宽带接入应用的国家，并在此领域取得了一定的成果。国家电网公司高度重视PLC技术的研发和推广，多次建立了研究PLC技术的科研项目，有中国的科研项目，有中国电力科学

13、研究院、福建电力试验研究院、深圳国电科技公司及北京意科公司进行PLC技术、产品的研究与开发，采用国外芯片，先后生产出了传输速率为2、14、45、200Mbit/s的低压PLC产品以及14、45Mbit/s中压PLC产品。为了推进PLC技术在中国的发展，国电通信中心自1999年开始跟踪国内外PLC技术的发展，在2001年成立了PLC领导小组，下设PLC技术推进办公室，负责全国电力系统PLC技术研发试验的统一组织和协调工作 。先后多次到国外对PLC技术的应用与标准化制定进行考察和调研，分别参加了在欧洲、美国和香港召开的PLC专题国际会议，引入国外产品进行试验。由于我国低压配电网的网络结构、负荷特性

14、、供电方式和国外有很大的不同，国外已有的产品需要根据我国配电线路的实际情况进行改进才能使用 。PLC办公室与相关国外技术人员共同针对中国配电网的结构特点，研究并解决了技术上的难题，确定了多种实验方案，建立了PLC家庭模拟实验。2001年底，开通了我国第一个以电力线为传输介质的PLC宽带接入Internet试验小区；2002年3月，引进欧洲PLC产品进行语音传输试验，在我国第一次实现了利用电力线同时上网和打电话；2002年5月，采用国内电力系统研制的产品，开通了第一个由国内电力系统自主研发的PLC宽带接入系统。在试验网运行成功的基础上，为了早日实现商业化运营，国电通信中心积极配合国家信息产业部电

15、信传输测试机构和国家电磁兼容认证机构，对已开通的PLC试验网进行了相关测试。测试证明PLC网络作为一种宽带接入方式，在网路功能、传输性能等方面基本满足用户驻地网的要求；在电磁兼容方面，PLC试验网络的传导骚扰和辐射骚扰均符合国内和国际上的相关标准。2重庆理工大学毕业论文 PLC技术2 PLC技术2.1 PLC 技术原理3低压电力线通信，是利用现有的低压配电线路（220V或380V交流供电线路）作为通信介质，实现数据，话音，图像等综合业务的通信技术。低压电力线通信系统原理框图如图1所示。信源（已编码）经信道编码后进行调制（如GMSK或OFDM调制方法等），带通滤波器滤波，最后经耦合电路耦合到低压

16、电力线上传输。配电网络作为一种信源信宿共享传输介质，把各用户连在一起。接收端的耦合电路将调制信号与电力线上的高电压分离，经带通滤波器滤除信道中引入的可用频带外的噪声，再经解调、信道译码后将数据恢复，就可得到原通信信号(信宿)。这样系统以低压电力线为通信介质，只要有交流电源插座就可实现同一电网内任意两点或多点之间的通信。由于电力线网络的覆盖面大和无需重新布线的优点，电力线通信广泛应用于信息家电、楼宇智能化及宽带接入等应用领域。同时，我们也应该看到，由于电力线通信的物理网络是由低压配电网和线路负载组成的。物理网络是动态的，信道特性也是动态的，这种特殊性决定了组网的困难性。配电网络耦合电路带通滤波调

17、制信道编码信源耦合电路带通滤波解调信道译码信宿图1 低压电力线通信原理框图2.2 PLC技术特性4102.2.1低压电力线的信道特性作为电信级的运营网络，通信质量必须要有保障，而电力线作为传输介质，对高频信号的传输有一些不利因素，几种表现为：电力线会对高频信号造成较大的衰减。通常，电力线在某一时刻对 不同的频率的信号，线路衰减不同，而且随着线路的阻抗和负载变化，信道的衰减也在不断变化 。电力线上存在较大的噪声干扰。由于电力线上连接有各种各样的用电设备，某些大功率用电设备的频繁开闭，会在电力线上产生各种噪声干扰，而且噪声幅度较大。低压电网拓扑结构复杂，分支多、衰减大，导致多径反射，引起信号的选择

18、性衰减和码间干扰。由于电力线信道呈无法预知的多径传输和发射特征，致使信道特征表现为一个时变的频率选择性衰减信道，因此信道容量和误码率特性会收到多径衰减的影响而恶化。2.2.2 传输特性（1）传输距离当电力线空载时，点对点载波信号可传输几千米。但当电力线上负荷较大时，采用PLC技术只能传输200m左右，要想实现更长距离的数据传输，只能采用增加中继的方式。低压PLC作为宽带接入的一种手段，如果只在楼宇内应用，解决“最后一百米”的入户问题，是完全可以满足需要的。（2）传输速率理论上讲，利用OFDM技术可以实现几十兆、甚至上百兆的数据传输。在前期试验的PLC产品测试中，14Mbit/s制式芯片的产品已

19、经实现了500kbit/s3Mbit/s的传输速率，45Mbit/s制式芯片的产品传输速率在340Mbit/s左右，完全能够满足普通上网用户对网络带宽的需求。随着PLC技术和产品的改进，PLC 系统传输速率会不断提高。2.3 PLC技术的应用5电力线通信技术可以进行模拟（语音信号）或数字信息（如：家居控制信号）双工传输，可广泛应用于家居自动化、小型办公室、家庭办公室通讯（如互联网、内部信件、游戏、音频、视频）等领域，具有普及效果、节省费用、安装方便、应用广泛等特点。目前 ，LPC主要应用于三个方面：智能小区、自动抄表系统、家居智能化。智能住宅的概念起源于美国，在美国发展最为迅猛。所谓智能化小区

20、，是指通过综合配置住宅区内的各功能子系统，以综合布线为基础，以计算机网络为区内各种设备管理自动化的新型住宅小区。通常智能化大厦是“三A”系统，即：安全自动化（SAS）、通讯自动化（CAS）、管理自动化（MAS）。自动抄表系统就是自动采集各种计量表的读数（如：电表、水表、煤气表等），现在采集数据方法有：电话线、无线电、电力线和红外线等等。电力线载波抄表系统则是利用现有的电力线为媒介进行数据收集。不但有效降低系统的成本，同时可以方便快捷地实现自动化抄收。家居智能化即以电力线为物理媒介，把分布在住宅各个角落的微控制器和家电、PC机连成一个网络。其优点是：电力线和信号线合一，无须布设信号线；人们原来使

21、用和维护电器的习惯都不受影响，家电无须增加双绞线、红外等接口，只要在内部配备电力线载波通信芯片，再更新程序就行了，对老式家电的改造也很容易。家电的信息量少，电力线载波速度慢的缺点不突出。因此电力线通信技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景。2.4小结电力线通信是利用配电网线路作为媒介的一种通信方式，具有不用布线、覆盖范围广、连接方便等显著优势。但在高速数据传输时，电力线信道呈现出的频率选择特性、阻抗剧烈变化、较大的噪声干扰及高衰减等特性，使电力线成为一个并不理想的通信媒介。因此，要在电力线上实现高速、可靠的数据传输，必须选择一种适合电力线信道特性的调制技术。26重庆理工大学毕业论文 OFDM技

22、术3 OFDM技术3.1 OFDM技术的基本原理69在传统的串行数据传输系统中，码元是连续传输的，每个码元的频谱占整个可用带宽。在OFDM技术中，将高速串行数据分为成百上千路低速并行数据，多个连续的数据流可以同时传输，任何情况下，多个数据码元都能够及时传输。在这样的系统中，每个独立数据流的带宽即子信道，只占用可用带宽的一小部分。通过这样的变换，宽带传输系统转换成许多窄带系统。这种并行传输体制大大地扩展了码元的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。如果子载波间隔比信道固有带宽小得多，则信道转移函数在每个子载波的带宽中会简化为简单的常数，频率选择性信道就被分成了多个平坦衰减子信道。在传统的频分复用方法

23、中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接收滤波器，大大增加了系统的复杂程度和成本。同时，为了减少各子载波之间的相互串扰，需要保持足够的频率间隔，进而降低了频率利用率。而采用数字信号处理技术的OFDM系统，各子载波频谱互相重叠，但必须加以特殊的正交限制，以便在接收端能保证无失真的复原。正交频分复用的主要思想是在频域内将信号分解为N个子信号，再用N个子信号分别调制N个不同的子载波。为了获得较高的频谱利用率，使各子载波的频谱分布相互重叠和正交，合成后一起发送。每个子载波可以使用不同的调制方式，比较常用的有BPSK、QPSK和QAM等。也就是说，OFDM实质上是将高速的串行数据流变

24、成低速并行数据再进行传输。这样每个子载波的码元周期被延长了N倍，从而提高了抗多径干扰的能力，同时又提高了频谱利用率。如当码元为矩形脉冲时，其频谱如图2、图3所示。图2 单个子带频谱 图3 OFDM频谱结构图2是单个子带频谱，图3是ODFM信号频谱。从图中可以看出，单个码元的频谱为sinx/x型，频带利用率不高，而OFDM的频谱总的来看近似为矩形，且其边带分量相互叠加后，变得很小。所以，OFDM信号的频谱利用率理论上可以达到Shannon信息传输理论的极限。在对每个载波完成调制以后，为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度，它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术，来对所有将要被发送数据信号

25、位的载波进行合并处理，把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。OFDM可通过IDFT/DFT变换对来实现。在此变换当中，包含了一系列复杂标志的频域数据来调制载波。傅立叶反变换的输出是个时域的信号，称为一个OFDM码元。为了保证子载波相互正交，子载波间的最小间隔等于码元周期倒数的整数倍。OFDM系统的调制解调过程就等效于离散傅氏逆变换和离散傅氏变换的过程。3.2 OFDM的数学表达式723OFDM信号常常表示成并行传输的正交调制子载波的集合，其数学表达式为： （3-1）其中， （3-2） （3-3） 为第帧信号流中第个要传输的码元，每个OFDM码元的有效周期为；N为OFDM子载波的数量

26、；为第个子载波的中心频率，为所用的子载波的最低中心频率。子载波在频域内是相互正交的。解调则利用了子载波在频域内的正交性原理，即 （3-4）因此，解调器的数学表达式为：Xn= （3-5）由于OFDM系统中的子载波数量很多，所以实际应用时不能像传统的FDM那样使用成百上千个振荡器和锁相环进行相干调制。Weinstein经过数学推到，发现OFDM信号可用快速傅里叶反变换IFFT来得到，将运算量从将为NlogN，并能用熟悉信号处理器完成OFDM调制。输入的N个调制符号经过N点的IFFT后所得到的N个数据就是所需的OFDM合成信号的N个时域采样值，再经过D/A转换后，就得到了OFDM信号波形。此信号乘以

27、实际载波就可将OFDM信号搬到所需的频带上。3.3 OFDM的实现824OFDM 调制之所以成功应用的一个重要原因是，它可以采用数字信号处理（DSP）技术来实现调制解调过程。系统通常用DSP芯片通过快速傅立叶变换对（IFFT和FFT）实现上述过程，其实现过程如图5所示。串/并转换调制器1上变频D/ABPF加CP并/串IFFT输入串行数据 电力线信道调制器2调制器N解调器2解调器1输出串行转换 BPFA/D下变频FFT串/并转换串/并去CP解调器N图5 OFDM的实现框图OFDM信号发送器的原理是：输入的数据以串行的方式输入发送器，速率为5码元/秒。然后这些码元经过串/并转换器，并行输出到N条线

28、路上（指频率通道）。则这N条线路上的任何一条上的数据传输速率为5码元/秒，这样就把高速的串行数据传输转化为低速的并行数据信号进行传输，之后再对每路低速数据进行基带调制（可采用BPSK，QPSK，QAM，TCM等），该OFDM码随后被送入一个进行快速傅立叶逆变换的模块，进行快速傅立叶逆变换。快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为时域离散的数据。由此，用户的原始输入数据就被OFDM按照频域数据进行了处理。计算出快速傅立叶逆变换样值之后，一个循环前缀被加到了样值前，形成拓展的OFDM信息码元。拓展的OFDM信息码再次通过一个并行串行转换器模块。得到的串行数据经D/A转换成模拟信号，再经过射频、带

29、通滤波器、耦合电路等加载到电力线信道进行传输。接收器完成与发送器相反的操作。接收器收到的信号是时域信号。由于信道的影响发生了一定的变化，接收到的信号经过一个串行/并行的转换器，并且把循环前缀清除掉。清除循环前缀并没有删掉任何信息。循环前缀中的信息是冗余的，只是码元尾部一段样本信号的复制，利用这两个重复部分的相关特性，可以实现同步功能，使用循环前缀是解决OFDM信号同步的一种方法。除了解决同步问题，使用循环前缀还可以很好的消除码间干扰。我们要求循环前缀的值比信道内存更大一些。多径信号引起先发信息码字的滞后到达而影响当前信息码字，从而产生码间干扰。但是，事实上，码间干扰仅仅会干扰当前信息码的循环前

30、缀。因此，使用适当大小的循环前缀就能够使OFDM技术消除码间干扰。3.4 OFDM应用于PLC1125 在PLC技术中引入OFDM技术，就可以使电力线上的高速数据通信成为可能。OFDM的基本思想就是把可用信道带宽划分为若干子信道，每个子信道都可近似看作理想信道。在规定使用的频段内，利用载波之间的正交性，使用几十、上百、甚至上千个具有正交特性的载波信号，每个载波传输一定速率的数据，各个载波传输数据的总和就是总的传输速率。3.4.1 OFDM技术适用于PLC的优点29OFDM技术适用于低压电力线通信的优点有如下几点： OFDM允许重叠的正交子载波作为子信道，提高了频谱利用率。 OFDM是把一组高速

31、传输的串行数据转化成相对低速的并行数据来传输, 虽然每个子载波的传输速率并不高， 但是所有子信道加起来将会获得很高的数据传输速率，子载波数量越多，OFDM的数据传输速率越高。 OFDM是把一组数据通过多个子载波传播， 在每个子载波上的信号时间就相应的比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OFDM对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力很强；另外，OFDM与信道编码和交织技术结合，将有更好地抗衰落性能。特别适宜于电力线这种非常恶劣的信道环境。码间干扰（ISI）是造成系统传输性能下降的主要原因。OFDM系统通过降低码元速率有效地克服了由多径效应引起的码间干扰（ISI） 。同时通过在每个OFDM符号之间

32、加入循环前缀以形成保护间隔， 来进一步消除残存的码间干扰。 OFDM可以用发射的导频信号对各个子载波信道进行信道估计，然后根据信道特性的变化动态地分配子信道，以保证数据传输的可靠性。分析表明，OFDM具有频谱利用率高，抗多径衰落和码间干扰的特点， 能抑制阻抗衰减与噪声干扰， 在带宽受限的低压电力线通信领域具有较大的优势，它成功解决了低压电力线通信技术中的诸多难点。3.4.2 在PLC中引入OFDM技术30（1）高速率传输 OFDM技术将信道可用带宽划分为若干相对窄的子带，其总传输速率接近系统的设计总量。如果子带之间的功率分配及每个符号包含的比特位的选择遵循保证每个子信道的误码率均衡原则，那么实

33、现总速率最大化是可能的。对于较低SNR的子信道，采用较低的调制电平，较高SNR的子信道，采用最优化的调制电平和功率分配可以实现10Mbit/s，甚至100Mbit/s以上的数据传输。（2）抗衰减性 电力线上信号的衰减是不断变化的，在衰减较大的区域无法有效传输信号，只能利用曲线中衰减较小的区域。OFDM为保证信号的有效传输，在设置载波时，设定两个或多个不同的载波传输相同的数据，根据信道情况自动选择某个衰减比较小的载波进行有效数据传输。在任何失真的信道中都可以采用OFDM技术，特别是在具有频率选择特性的衰减信道中，效果尤其明显。OFDM可以通过对信道的预测，通过自适应信道处理技术实现较高速率的数据

34、传输。（3）抗干扰性OFDM可以自动选择噪声干扰比较小的载波进行数据传输。当某个载波受到强干扰影响致使接受信号的信噪比达不到正确接受信号的要求时，则放弃使用该载波传输数据，以此来达到正确传输数据的目的。OFDM还可以有效地抑制等幅波干扰。3.5 小结OFDM 技术作为一种多载波调制技术，在频域把信道分成许多正交子信道，各子信道的载波间保持正交，频谱相互重叠，这样减少子信道间干扰，提高频谱利用率。同时在每个子信道上信号带宽小于信道相干带宽，所以虽然整个信道是频率选择性衰落的，但是每个子信道是相对平坦的非频率选择性的，大大减少符号间干扰。由于具有抗多径能力强、频谱利用率高等优点，在PLC中引入OF

35、DM，就可以使电力线上的高速数据通信成为可能。重庆理工大学毕业论文 系统的硬件电路设计 4 系统的硬件电路设计4. 1 INT5200芯片 4.1.1 INT5200芯片简介 INT5200是Intellon公司制造的第三代电力线调制解调芯片，它单片集成了媒介访问控制层（MAC）、物理层（PHY）以及模拟前端（AFE），是目前市场上应用较多的INT5lXI的替代产品。INT5200应用了Intellon公司的Powerpacket技术，采用ROBO/DBPSK/DQPSK调制方法，完全符合HomePlugl.0.1规范，传输速率可高达14Mbps。而且它还集成有USB1.1、以太网和MII/G

36、PSI接口以及10-bitADC、10-bitDAC、滤波器、功率放大器和AGC控制器，使用比较方便，从而为PLC通信装置的研究开发提供了一款比较理想的解决方案。INT5200芯片接口多，使用起来更方便灵活。它所采用的Powerpacket物理层使用OFDM 技术能更好的克服噪声干扰及多径衰减，更适合于信道环境比较恶劣的低压电力线。INT5200是Intellon公司最新的电力线载波通信芯片，它不论在功能结构还是在使用特点方面都具有很多优势，所以本系统选用INT5200作为调制解调芯片。4.1.2 INT5200芯片的功能结构 INT5200采用LBFAG（Low Profile and Fi

37、nepitch Ball Grid Array，细微间距球栅阵列封装），有144引脚。INT5200提供三种与主机接口的模式：USB模式，用于直接与USB主机相连；PHY模式，用于与以太网控制器或微控制器相连；Host/DTE模式，用于直接与以太网PHY相连。本设计选用Host/DTE接口，其主要信号引脚功能如下：（1）SPI接口引脚的功能SPI_DO：通过该端可将数据输出至E2PROM；SPI_DI：数据从E2PROM读入；SPI_CLK：SPI时钟；SPI_CS：选通E2PROM；（2）MDI接口引脚的功能MII_MDIO：管理数据输入输出；MII_MDCLK：管理数据I/O时钟；（3）M

38、II接口引脚的功能MII_RX0MII_RX3：接收数据线；MII_RXCLK：接收时钟线；MII_RXDV：接收数据有效端；MII_RX_ER：接收错误指示端；MII_COL：冲突检测；MII_TX0MII_TX3：发送数据线；MII_TXCLK：发送时钟；MII_TXEN：发送使能；MII_CRS：载波侦听；MII_TX_ER：发送错误；PHY25MHZ：25MHZ的时钟输出；（4）AFE接口引脚功能AGC0_INAGC2_IN：AGC输入；AGC0_OUTAGC2_OUT：AGC输出；ADC_CLK_IN：ADC时钟输入；ADC_CLK_OUT：ACD时钟输出；RX_EN_IN：AFE

39、RX使能输入；RX_EN_OUT：AFE RX使能输出；ERXT：外部偏置精密电阻输入；RXIN_P：RX信道输入；RXIN_N： RX信道补偿输入；TXOUT_N：TX信道输出；TXOUT_P ：TX信道补偿输出；GAIN_OVER_N：增益无效使能端（当此引脚通过一10K的电阻与地相连，表示为Override（增益无效）模式：当此引脚通过一个10K的电阻与3.3V 电压相连时表示为Normal （常规）模式）；COMPEN ： 补偿使能；CAP_R3CAP_R4：DAC的偏置退耦电容输入；芯片中的其它信号线在三种模式中都相同，其中LED线3条、复位线3条、时钟线条、以及多条电源和地线；三种

40、模式的选择可由MODE0和MODE1两个引脚的状态来决定。表1 INT5200的模式选择MODE1MODE0选择的模式00保留01USB10PHY11HOST/DTE INT5200内部结构如图6所示，从结构图可以看出，INT5200是一款集成了多种I/O口以及MAC/PHY/AFE的电力线通信收发芯片。I/O模块主要集成了MAC与主机、外围设备间的各种接口，因此功能非常丰富。与主机的接口有USB接口、媒质独立接口MII或通用串行接口GPSI（选用）、管理数据接口MDI；与外设的接口有EEPROM接口SPI、仿真接口JTAG以及用于运行状态监视的LED接口。在这些接口中，MII是一种标准工业接

41、口，其发送/接收都以四位并行方式进行，并与MAC时钟同步，同时，MII还带有CSMA/CD协议。GPSI工是一种灵活的双向串行接口，接口线数目少于MII。 带通滤波器LEDsPowerpacket媒介访问层I/OX数/模Powerpacket 物理层MII GSPI耦合电路USB电X带通滤波器力数/模SPI线EEPROM图6 INT5200内部结构MAC模块主要完成链路层功能，是芯片的核心部分，本模块包括一个精简指令集(RISC)的处理器内核，一个含有OFDM数据处理、加密/解密算法和信道优化算法的程序存储器（ROM）、还有一个链接序列、数据存储器（RAM）以及两个直接数据传送通道（DMA）。

42、为了可靠的传输以太数据包，MAC层采用了具有优先级的载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议来访问公共的电力线信道，并辅以自动重传请求ARQ和Powerpacket的优先权机制。而且，由于电力数据包优先等级可以灵活设定，因而使得INT5200具有较强的突发处理能力。而允许电力线上的多帧传输则极大的减轻了对网络的要求，并使得网络吞吐量达到最大，从而保证了最短的延时时间和最优的信号稳定性，此外，MAC还具有流量控制功能。INT5200的这些功能可确保在特别恶劣的电力线信道上也能为用户提供优良的服务品质（QOS）。PHY模块主要用来实现物理层功能，提供建立、维持和拆除物理连接的电气手段，保证

43、电力线上比特流的透明传输。本模块主要由一个物理层逻辑序列、一个与MAC子层DMA通道对应的先进先出（FIFO）堆栈以及一个前向模拟通道组成。PHY采用OFDM调制技术，有84个子载波采用ROBO/DBPSK/DQPSK调制方法。它的模拟前端(AFE)包含一对高速的10位A/D、D/A转换器，采样速度为50MbPs，该模块的参考电压独立于片内，可低功耗操作。再接入运算放大器和滤波器，然后通过电力线耦合装置便可与电力线进行连接。4.1.3 INT5200的复位和初始化控制22INT5200有一个低有效的系统复位引脚(RESET_N)来初始化所有的内部逻辑。当电源不稳定或超出允许的容忍范围时，RES

44、ET_N引脚就要被置零，而且RESET_N信号在电源达到容限值范围之内并达到稳定之后，至少还要持续一微秒的时间。INT5200的USB模式（USB Option）和PHY模式（PHY Option）支持软复位功能。软复位以主机将MDI控制寄存器的复位位置1开始，并以INT5200清除控制寄存器的复位位而结束。INT5200（USB Option）除了USB模块和DAC/ADC时钟发生模块外的所有逻辑均由软复位来初始化。INT5200（PHY Option）除了DAC/ADC和MII/GPSI的时钟发生模块外的所有逻辑也均由软复位来初始化。INT5200（USB Option）和INT5200（

45、Host/DTE Option）需要由构造EEPROM（Configuration EEPROM）来初始化。INT5200（PHY Option）可以通过构造EEPROM，也可通过接收由MII/GPSI主机传输过来特定的MAC管理序列来初始化。并且这个初始化的MAC管理序列一定要在INT5200（PHY Option）在电力线上发送接收数据之前发生。当选择INT5200（USB Option）或INT5200（Host/DTE Option）时，构造EEPROM用来存储MAC地址和默认的密匙。当选择为INT5200（PHY Option）时，构造EEPROM是可选择的。这里的EEPROM一定要选用At