تشو شون ليانج 1،2، 1،2 تشو Zhimei يانغ شياو بينغ 1،2، 1،2 لى لو فنغ شي 1،2، 1،2 Tangxiao كه

(1. بكين النواة الدقيقة والتكنولوجيا المحدودة، أهم مختبر لشركة شبكة الدولة من تصميم رقاقة قوة التحاليل المخبرية، بكين 100192، الصين،

2. بكين النواة الدقيقة والتكنولوجيا المحدودة، مركز بكين الطاقة IC التصميم الهندسي لأبحاث موثوقية عالية، بكين 100192، الصين)

لالنطاق العريض خط كهرباء عرض شرائح الاتصالات نظرا لارتفاع وتيرة التشغيل ومعدلات التواصل ونتيجة بمزيد من استهلاك الطاقة، استنادا إلى إدخال النطاق العريض خط كهرباء وحدة الاتصال ورقاقة، واستهلاك الطاقة من رقاقة حول العوامل، من نطاق الترددات العاملة، الطبقة المادية، MAC مستوى ورقاقة المستوى تحليل مجموعة واسعة من التكنولوجيا تصميم رقاقة المنخفضة للطاقة في التفاصيل. حاليا خط كهرباء النطاق العريض رقائق الاتصالات وحدات وضعت بنجاح، تظهر نتائج الاختبار التي تلبي تماما متطلبات نظام السلطة الوطنية لجمع المعلومات عن الشبكة وحدة الطاقة النطاق العريض خط الاتصال.

CLC: TN47

كود الوثيقة: ADOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.179015

شكل الاقتباس الصيني: تشو شون ليانج، تشوتشي مي، يانغ شياو بينغ، وغيرها من الاتصالات باورلاين النطاق العريض تصميم رقاقة المنخفضة للطاقة التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (10): 16-19.

الإنجليزية شكل الاقتباس: تشو شون ليانج تشو Zhimei يانغ شياو بينغ، وآخرون. منخفض تصميم السلطة للنطاق العريض رقاقة PLC .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (10): 16-19.

0 مقدمة

يشير خط كهربائي الاتصالات (PLC) إلى وضع الاتصال باستخدام خط كهرباء وسائط نقل البيانات والإشارات، وهناك ثلاثة سيناريوهات رئيسية: الوصول إلى الإنترنت ذات النطاق العريض، ومعدات الربط الداخلي لشبكة البيانات، وجمع المعلومات ومراقبة المعدات الكهربائية . الأولين هي في الأساس باستخدام IEEE P1901 و ITU-T G.hn وضع المعايير الدولية، مؤكدا النطاق الترددي العالي، عالية الأداء، وأية متطلبات واضحة لاستهلاك الطاقة، وجمع معلومات التطبيق الثالث هو حاليا PLC أكبر سوق، ويرجع ذلك إلى اختلافا كبيرا قناة خط المحلية والمنخفضة الجهد السلطة، والتواصل خط السلطة العامة القياسي المحلي الذاتي المتقدمة ، وتقنيات المقابلة على حد سواء الضيق والنطاق العريض. هناك انخفاض سرعة الاتصال والاستقرار والموثوقية العيوب والفقراء، وغير قادرة على تلبية قطاعي الكهرباء الشبكة الذكية في اتجاهين الاحتياجات من المعلومات خدمة تفاعلية من الضيق PLC. PLC في معدل النطاق العريض والاتصالات، والقدرة المضادة للتشويش ضيقة مع مزايا واضحة، ولكن استهلاك الطاقة هو كبير. نظرا لمحدودية قدرة الجهاز امدادات الطاقة شنت وحدة الاتصالات ذات النطاق العريض PLC والطاقة الخضراء نظام قراءة العدادات عن متطلبات الطاقة العالية، وهذا يجلب تحديا أكبر لتطوير النطاق العريض PLC رقاقة.

1 متطلبات الطاقة

لنظام جمع المعلومات في وحدة الاتصالات مواصفات الاختبار المتقدمة خصيصا ، والتي جعلت الشبكة الوطنية ثابت وديناميكية السلطة منخفضة الجهد واسع النطاق PLC وحدة الاتصالات متطلبات واضحة جدا، ومتطلبات التشغيل كما هو موضح في الجدول رقم 1 التين.

في حين تعمل الشبكة الوطنية لتطوير تكنولوجيا الطاقة الجديدة خط الاتصالات الناقل منخفضة الجهد broadband القياسية، والدينامية استهلاك الطاقة سوف يشهد مزيدا من الانخفاض. في الممارسة العملية، يتم تطبيق أكثر من 95 من وحدة الاتصالات إلى مرحلة واحدة عداد الكهرباء الناقل، ومعظم متطلبات الطاقة الصارمة، والتي سيتم وصفها يركز هنا على.

وحدات الرسالة الثانية والنطاق العريض PLC هيكل رقاقة

2.1 وحدة الاتصالات

النطاق العريض PLC وحدة الاتصالات هو مبين في الشكل (1)، وذلك أساسا عن طريق رقاقة PLC النطاق العريض خط سائق (LineDriver، LD)، إلى جانب مرشح LC ممر الموجة محول ذاكرة فلاش والمكونات الأخرى. حيث النطاق العريض PLC رقاقة وLD نوعان من رقاقة الأساسية. LD لتضخيم الإشارات التناظرية إلى أن تنتقل، والحد الأقصى لانتاج التيار الكهربائي أكثر من 12 V، العملية عادة بين القطبين، ولا يمكن معالجة النطاق العريض PLC رقاقة التكامل CMOS. LD هو لوحة مرحلة أكبر أجهزة السلطة، واستهلاك الطاقة من قوة الكثافة الطيفية للإشارة يرتبط ارتباطا مباشرا، وهناك شروط صارمة لشبكة PLC الوطنية النطاق العريض كثافة الطاقة الطيفية، مع الداخلية والخارجية، على التوالي، لا يزيد -45 ديسيبل / هرتز و-75 ديسيبل / هرتز . LD للحد من استهلاك الطاقة ويمكن أن تقلل من عرض النطاق الترددي التشغيلي الحد من قوة الإرسال، ولكن سوف تقع في أقصر مسافة الاتصالات ومعدل الاتصالات، هو مطلوب منها لتطوير المقايضة عندما تنفذ مع معيار النظام.

2.2 النطاق العريض العمارة PLC رقاقة

النطاق العريض PLC هو رقاقة شركة نفط الجنوب نموذجي، وذلك باستخدام AHB / APB العمارة اثنين من الحافلة. هيكل رقاقة هو مبين في الشكل 2.

AHB هيكل الحافلة المصفوفة، ويشمل الجهاز الرئيسي نواة وحدة المعالجة المركزية، ونظام DMA، الطبقة المادية وMAC الناقل المعدنية (PLC MAC HW / PLC PHY)؛ ويضم جهاز وحدة تحكم SDRAM، BootROM، تحكم SPI فلاش، AHB2APB وما يرتبط بها من جسر الوحدة واجهة التكوين. ويتألف الجهاز حافلة APB على UART المسلسل، الموقت، PWM، GPIO، تحكم SPI وحدة نظام مراقبة المجلس الأعلى للجامعات، وما شابه ذلك.

وبالإضافة إلى ذلك، ورقاقة أيضا يدمج عالية الأداء AFE الجبهة نهاية التناظرية، AFE التناظرية إلى المحول الرقمي بما في ذلك ADC، وDAC التناظرية الرقمية المحول، لتمرير منخفض مرشح قائمة بيم فورتين، وكسب برمجة مكبر للصوت PGA.

3 تكوين السلطة

الاتصالات خط الطاقة باستخدام نقل القاعدي، أي جزء RF، التناظرية والرقمية الدوائر دائرة رقاقة. الترانزستور الدوائر الرقمية تعمل في المناطق قطع والتشبع، بل هو دائرة التحويل، مثل صيغة (1) هو مبين في . استهلاك الطاقة الديناميكي من استهلاك الطاقة (من PD)، دائرة قصر الطاقة (PS) وثابت استهلاك الطاقة (PL) العوامل المكونة هي: الحمل السعة (C)، والجهد امدادات الطاقة (وVDD)، وتردد التشغيل (F)، والتحول معامل (N)، المسؤول عن دائرة قصر (للش.م.ق) والتسرب الحالي (Ileak)، يجب أن تتم السيطرة على السلطة في انحاء مختلفة من العوامل المذكورة أعلاه.

تنفيذ الدوائر التناظرية وحدة وظيفية في شكل الفروق الفردية الكبيرة، فإنه من الصعب أن يتم تعريف الطاقة بأنها تتألف من الدوائر الرقمية. التشغيل التناظرية الدوائر الترانزستور في المنطقة الخطية من التضخيم ضروري لتوفير الجهد التحيز المناسب (أو الحالي)، عندما كان قيد التشغيل في وضع دون عتبة، واستهلاك الطاقة يمكن أن تقلص إلى حد كبير، وتوفر أيضا وحدة التناظرية عموما وضع إيقاف التشغيل المنخفضة للطاقة، إعدادات التحكم دبوس الرقمية الخارجية.

4-رقاقة، تصميم منخفضة الطاقة

4.1 العمل واختيار تردد

IEEE P1901 و ITU-T G.hn نطاق التردد العمل من 1.8 ~ 30 ميغاهرتز، ويمكن توسيعها لتشمل 50 ~ 100 ميغاهيرتز، والذي هو موضوع انتقال في مسافة قصيرة إلى مئات ميغابت في الثانية من عرض النطاق الترددي للاتصالات حتى آلاف ميغابت معدل. ولكن المشكلة الرئيسية في نظام جمع المعلومات ذات النطاق العريض العمل في بيئة الهواء الطلق، والتي تواجه التغطية والموثوقية والتكلفة واستهلاك الطاقة هو أقل نسبيا يطالبون معدل الاتصال PLC، وعادة وقد استخدمت 10 ميجا بايت / ثانية معدل الطبقة المادية لتلبية تحتاج التطبيقات إلى ، وبالتالي فإن الفرقة تردد التشغيل يمكن تقلص إلى حد كبير.

رقاقة اختيار 2 ~ 12 النطاق MHz التشغيل كما الأساسية، قابلة للتوسيع إلى أسفل 500 كيلو هرتز، في حين أن وضع التطبيق عرض النطاق الترددي المنخفض أو تجسيد قناع الناقل، يمكن للرقاقة تعمل في 6 ميغا هرتز أو أقل. تردد التشغيل رقاقة لتجنب تخفيف السريع من التردد المنخفض وارتفاع وتيرة أكبر الضوضاء الضيق عمل PLC، وتحسين الاتصالات عن بعد. رقاقة IEEE P1901 الاتحاد الفرنسي للتنس مع نفس الطبقة المادية للبالتقسيم (OFDM) تكنولوجيا التردد المتعامد، منذ عرض النطاق الترددي الضيق، وذلك باستخدام الاتحاد الفرنسي للتنس 1024 نقطة، والحوامل الجزئية فعالة بين 80-490، والمباعدة بين الباطن من 24.414 كيلو هرتز، فإن معدل أخذ العينات (خ م ) 25 MS / ثانية، قد يشهد مزيدا من الانخفاض إلى 12.5 MS / ثانية في وضع عرض النطاق الترددي صغيرة، وطبقة المادية للIEEE P1901 الاتحاد الفرنسي للتنس من معدل أخذ العينات (75 MS / ثانية أو أكثر) متعددة تخفيضها. خفض معدل أخذ العينات جنبا إلى جنب مع معدل البيانات تقنيات أقل أجل التشكيل، ويمكن أن شركة نفط الجنوب PLC عبر الطبقة المادية جهاز الإرسال والاستقبال تعمل على أدنى تردد الساعة (خ م الساعة 4 أضعاف)، في حين أن الحد بشكل كبير من الواجهة الأمامية التناظرية والسائق خط متطلبات الأداء، مما يخفض التكاليف واستهلاك الطاقة من الشريحة.

4.2 تصميم الطبقة المادية من أدنى مستوى له في السلطة

التكوين العام للطبقة المادية هو مبين في الشكل (3)، وتضم اثنين من الإرسال والاستقبال مسارات، كل مسار الذي اختاره وصلة الرقمية والمكونات الأمامية التناظرية.

منذ القناة خط السلطة هي وسيلة مشتركة، يمكن للطبقة المادية إرسال واستقبال اقتسام الوقت، وجهاز الإرسال والاستقبال غير متقطع، وهو مفيد جدا للسيطرة على السلطة. الحالة المادية طبقة التشغيلية للانتقال الرئيسي، واستقبال ثلاثة أنواع من الاستشعار عن الناقل. وينتقل المرض عند قناة خاملا من قبل المعالج لبدء، عندما تلقي انتقال قريب مسار، وفتح مسارات نقل ينقل، وبعد الانتهاء من إرسال مسار انتقال إيقاف. عندما لا تحيل، الطبقة المادية هي عادة في حالة الشعور الناقل، وتلقي مسار في هذا القسم المعالجة في الوقت المجال في حالة ونطاق تردد العمل وقسم معالجة مستوى قليلا إغلاق، تلقت قوة الإشارة (الكشف الطاقة) فوق عتبة و وبعد الاستماع إلى الناقل (الديباجة كشف) نقل إلى الدولة المستقبلة العادية. عند الاستلام، يتم إغلاق مسار انتقال، والعمل يتلقى الطريق، وتلقي مسار أغلقت بعد الانتهاء من الاستقبال، وبعد انتقال سوف interframe التباعد عائدات تعديل أو دولة بالمعنى الناقل.

يتم استخدام رابط رقمي الطبقة المادية هيكل خط أنابيب جهاز الإرسال والاستقبال، والناتج من المرحلة السابقة باعتبارها مرحلة المدخلات، وتجهيز مدفوعة، يجوز توظيف مدار الساعة النابضة بحيث تدفق البيانات مدفوعة في تنفيذ تبديل حيوي جهاز الإرسال والاستقبال تصل البيانات على مدار الساعة لتحقيق الغرض من خفض استهلاك الطاقة. ديناميكية على مدار الساعة النابضة هيكل وحدة هو مبين في الشكل (4)، ديناميكية إشارة التحكم مدار الساعة (dynamic_on_off) التي تم إنشاؤها من قبل أول إشارة مراقبة المدخلات ومزيج من حالة التشغيل من وحدة للمرونة، وتقدم وحدة التحكم البرنامج أيضا وضع (sw_on_off)، FIG. الخطوط المنقطة موجودة فقط قسم صلة مدار الساعة النابضة الطبقة المادية حدة الإرسال والاستقبال.

الجبهة نهاية التناظرية PGA، LPF، ADC، DAC، وحدة LD في الممر مغلق المقابل، يمكن أن تدخل منخفض الطاقة إنقاذ الوضع. وحدة PGA المذكورة أعلاه LD واستهلاك الطاقة كبيرة نسبيا. PGA للإشارة السعة ADC المدخلات تبقى ثابتة نسبيا عند تباينت إشارة الدخل الخارجية عشوائيا لتعظيم المدى الديناميكي من ADC ، وتحسين حساسية المتلقي. منذ القناة خط كهرباء معقدة جدا، تغييرات كبيرة في تخفيف، والمطلوب PGA إلى توفير مجموعة ومكاسب كبيرة، وخطوة مكاسب صغيرة، يجب أن يكون PGA متعددة المراحل بنية مكبر للصوت، ولكن متعدد المراحل النتائج التضخيم في أعلى استهلاك الطاقة. ويمكن تعويض ذلك من خلال مجموعة متنوعة من وسائل PGA أو قابل للتعديل لتوفير الجهد التحيز وتقدم، والتوازن بين الأداء واستهلاك الطاقة. عند إرسال PGA في وضع مغلق، إحساس الناقل، PGA في وضع منخفض الطاقة التحيز، لدى استقباله، نقلها بسرعة إلى وضع الأداء الكامل المنخفضة للتشويه. عن طريق التحول تعدد وسائط استهلاك الطاقة، للحد من استهلاك الطاقة من PGA. LD عن طريق الإرسال، وما شابه ذلك وظيفيا إلى PGA، وطريقة التحكم في الطاقة هو أيضا مماثل.

4.3 طبقة MAC من تصميم المنخفضة للطاقة

طبقة PLC MAC تستخدم خاصية دخول قناة النطاق العريض وتفادي الاصطدام نظام TDMA والجمع بين CSMA / CA، الذي تخصيص فتحة هو مبين في الشكل.

5 في كل مرة فتحة خلاف وخلاف فتحات تشبه فتحات خلاف CSMA، وفتحات يمكن تقسيمها إلى ثلاث قطع، الموافق A، B، C-المرحلة. عقدة رئيسية (المكثف) PLC نظام الاتصالات أن يعامل ورقة 3 فتحات، ولكن لا يزال نشطا من عقدة (متر) فقط في فتحة وقته ورقة محددة. ووفقا لهذه الميزة، في وضع السكون ويمكن زيادة وتوقيت رقاقة آلية إيقاظ، ما يقرب من 2/3 من الوقت في حالة سكون، واستهلاك الطاقة من بدء التشغيل الفعلي سوف تقلص إلى حد كبير. عندما تكون وحدة الاتصال بالشبكة قد الحصول على المعلومات في الوقت ختم منارة، والخط، وتخصيص فتحة كتبها إطار منارة ردت بعد شبكة محلية ناجحة ستحافظ على مرجع زمني شبكة 32 بت. توقيت حظر التجارب النووية لمزامنة الوقت الشبكة، والتي سوف يتم تنفيذها في كل المعايرة منارة إطار حصل. حظر التجارب النووية استخلاص عدد من الموقت لينة لتوقيت فتحة والمرحلة توقيت، والذي قد يكون المشار إليها بواسطة جهاز توقيت عندما يدخل جهاز PLC وضع النوم وعندما تستيقظ ل. في وضع السكون، وجهاز الإرسال والاستقبال رقاقة مرور، وأكثر من سائق لوحة الدوائر خط شركة نفط الجنوب يمكن أن تدخل في وضع السكون وذلك حتى التيار الكهربائي، وعند الحاجة رقاقة للحفاظ فقط توقيت واحد، وذلك في توقيت وصول الوقت، يقوم النظام تلقائيا من السبات يتم تبديل الوضع إلى حالة اليقظة.

تصميم رقاقة المستوى 4.4 الطاقة المنخفضة

في عملية الاختيار، ورقاقة 40 نانومتر التكنولوجيا المتقدمة منخفضة الطاقة، واستهلاك الطاقة الديناميكية صغيرة، ويرجع ذلك إلى انخفاض تردد على مدار الساعة، ورقاقة الخلية القياسية ونزيف خلايا الذاكرة الصغيرة عالية القيمة الحدية، والحد من استهلاك الطاقة ثابتة. العمل في تصميم على مدار الساعة، كل دعم وحدة مستقلة النابضة على مدار الساعة، قد تتطلب المشاهد حيوية حدة مفتاح المقابلة، وحدات مختلفة في نفس الوقت عن طريق متطلبات السرعة والأداء تعمل على ترددات مختلفة على مدار الساعة، فإنه يساعد على تقليل حدة غير حاسمة وغير الأساسية مسار السلطة. وعلاوة على ذلك، بين رقاقة وعلى مدار الساعة وحدة المعالجة المركزية للحافلات تصميم متزامن، ودعم العلاقة تردد عدد صحيح، على مدار الساعة تمكين إشارة إلى السيطرة، وعندما تتم تهيئة رقاقة في أداء نفس الوصول تردد اختناقات SPI ذاكرة فلاش، وحدة المعالجة المركزية وحافلة والعمل في أدنى مستوياته تردد، في العمل، اعتمادا على متطلبات التطبيق لضبط العلاقة تردد، وتحقيق التوازن بين الأداء واستهلاك الطاقة. برامج في التخزين، لأن تعليمات رقاقة والبيانات اللازمة لتشغيل أكبر مساحة، مختومة معا باستخدام الطريقة SDRAM. يمكن ختم الخطبة لحد من عدد من الدبابيس وحزمة حجم رقاقة العام، وخفض التكاليف BOM، ولكنه يسمح أيضا سعة حمولة من نظام مجلس SDRAM IO تقلص إلى حد كبير، سيتم إنشاء تهمة والتفريغ عند نفس معدل استهلاك الطاقة الديناميكية الوجه إلى حد كبير IO مخفضة.

5 اختبار القوة

اختبارات استهلاك الطاقة بما في ذلك والدينامية استهلاك الطاقة الاختبارين. جميع أنحاء بيئة اختبار لا يحتوي إلا على وحدة الاتصالات PLC من قوة ساكنة اختبار متر، على السلطة بعد وتهيئة PLC حدة الاتصالات يتم التخلص اكتمل إلى حد كبير حالة الشعور الناقل. مركزية اختبار قوة ديناميكية وعداد الكهرباء واحد عن طريق وحدة شبكة الاتصالات PLC، ثم بشكل دوري اختبار متر. بين المكثف ومتر مع المخفف تخفيف قناة التناظرية، محلل من خلال مقرنة إلى الجانب القريب من قوة إشارة متر خط كهرباء الكثافة الطيفية يتم قياس لضمان قوة الفرقة الكثافة الطيفية الداخلية والخارجية اللازمة لتلبية شبكة وطنية. نتائج هو مبين في الجدول رقم 2، يمكن أن ينظر إليه من الجدول 2، النطاق العريض الناقل ثابت وحدة الطاقة وتلبية المتطلبات التقنية هي قوة ديناميكية وترك هامش كبير.

6. الاستنتاجات

باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التصميم المنخفضة للطاقة على مستويات متعددة، والنطاق العريض PLC السيطرة على السلطة رقاقة الاتصالات في مستوى أدنى. لقد مر النطاق العريض الحالية PLC حدة الاتصالات المعتمدة على رقاقة في تطبيقات النماذج والتجريبية الأساسية. وأظهرت النتائج أن الناقل الضيق ومزايا واضحة من حيث جمع من السرعة ومعدل النجاح، وفي الوقت نفسه الحفاظ على مسافة أكبر ناقل الحركة، وانخفاض التكلفة، وثابت، ودينامية استهلاك الطاقة كما تلبي تماما متطلبات الشبكة الوطنية، التي تسرع خط كهرباء الاتصالات الناقل التكنولوجيا الانتقال من النطاق الضيق إلى النطاق العريض، وكذلك تحسين وصلات الاتصالات تكنولوجيا الطاقة الذكية والخدمات المتكاملة قدرات لها قيمة مرجعية هامة.

مراجع

يوان تشو، ليو جيان مينغ تشاو Bingzhen.Low الجهد خط كهرباء بيئة القناة وتحليل الطلب في الشبكة الذكية المؤتمر. الصين الدولي لللتوزيع الكهرباء، 2012: 1-7.

ليو جيان مينغ تشاو بينج زين، قنغ يانغ، وآخرون حالات al.Current والتطورات مستقبل التكنولوجيا PLC في الصين ندوة .IEEE الدولية للطاقة خط الاتصالات وتطبيقاتها، 2012: 60-65.

SGCC مستخدم السلطة جمع المعلومات مواصفات اختبار النظام (الجزء 4): مواصفات اختبار وحدة الاتصالات 0.2013.

في حالات الضوء، يانغ بينغ، وي جينغ، نظم البحوث وغيرها من تكنولوجيا رقاقة المنخفضة للطاقة واحد مليون المستوى . الإلكترونيات الدقيقة، 2015،45 (2): 217-221.

ليو جيان مينغ تشاو بينج زين، قنغ يانغ، وآخرون الأداء al.Communication النطاق العريض تقنيات PLC للشبكة الذكية ندوة .IEEE الدولية للطاقة خط الاتصالات وتطبيقاتها، 2011: 491-496.

كه قوي، ليو تشى يو ليو، وآخرون. واسع النطاق الخطي عالية مكبر للصوت مكسب للبرمجة التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (6): 30-33.