電力線網卡的製作方法

2023-05-12 08:01:41 2

專利名稱：電力線網卡的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及寬帶接入設備，更具體地說涉及電力線網卡。
背景技術：
網絡接入方式的結構，統稱為網絡的接入技術，其發生在連接網絡與用戶的最後一段路程，網絡的接入部分是目前最有希望大幅提高網絡性能的環節。對本地環路網來說這是一個瓶頸，全球擁有上億條用戶接入線，因其功能有限，阻礙著網絡用戶業務的發展，而與用戶線路另一端的高性能設備形成了鮮明的反差。隨著電子技術和光電技術的迅速發展，數字電子系統(從個人計算機到網絡交換機或路由器)以及信息傳輸設備性能都在快速穩步的增長，為解決這一環路瓶頸提供了廣闊的發展前景。由於在本地環路銅線上傳輸的仍然是模擬信號，人們仍然使用著狹窄的無線頻道穿越擁擠的無線電頻譜。因此，大規模發展網絡接入技術的過程中所遇到的「瓶頸」問題為全球現有的7.5億條接入線提供超寬頻帶，已是當前網絡技術發展的焦點。
使用寬帶接入，可以獲得較高的傳輸帶寬，傳輸速率遠遠大於56K和ISDN的專線速率。這樣，可有效地保證圖像、聲音、數據傳送的清晰度和連貫性，無論是通過電子郵件收發大型文件還是下載圖像或軟體，均可在短時間內完成。相對而言，使用寬帶接入所花費的費用是比較低的。一方面高速的連接節約了大量上網等待時間，使上網費用大大降低。
電力線通信是使用低壓民用電線來傳輸網絡數據的通信技術，從目前的發展階段來看，電力線通信的技術涵蓋了乙太網技術與電力技術及一些特殊的通信編碼調製技術。電力線載波PLC在OSI的第二層以上符合標準的802.3乙太網規範。乙太網是以點對點方式傳輸802.3格式幀的網絡，乙太網數據幀均遵從IEEE發布的802.3標準。電力線載波PLC則是乙太網的一個分支，區別在於在物理層中介質更換為電力線，並且在第二層上採用了基於CSMA/CA的廣播共享方式，在此規範下HomePLUG 1.0的通信速率為14Mbps。
為了解決在強電環境下對高頻數據通信的幹擾，HomePLUG規範中引入了OFDM調製方式，並且在標準規範中保證了與國際電磁兼容的適配，以避免電磁洩漏對通信及其他設備電器的影響。
CSMA/CA載波監聽多路訪問/衝突防止，由於電力線通信技術基於民用家庭(辦公)電線，這使得無法為每一個端站劃分獨立的物理信道，從而電力線載波PLC只能基於共享方式。這樣衝突就不能避免，而電力線的拓撲環境比較隨意無序，因此傳統的衝突檢測難以進行，因此引入了新的協議CSMA/CA，該協議的目的不是為了檢測衝突，而是籍由劃分時間段的方法來避免衝突。
OFDM正交頻分復用，OFDM是在嚴重電磁幹擾的通信環境下保證數據穩定完整傳輸的技術措施，HpmePLUG 1.0的規範覆蓋4-21MHz的通信頻段，在這個頻段內劃分了84個OFDM通信信道，。OFDM的原理是幾個通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結果是當某一個信道波形過零點時相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會因外來的幹擾而交疊，串擾。
HomePLUG是專為家庭電力環境下開發的通信標準規範，因此在辦公及居民家庭環境下使用HomePLUG的產品與技術沒有任何限制；而當在樓宇接入的環境下使用時，HomePLUG並不建議使用純電力環境來架設電力線載波PLC網絡。相應的解決方法是使用標準的乙太網介質來連接大樓內的多個HomePLUG網絡。電力線寬帶接入技術，就是使用原有的低壓220V電源線作為數據通信的線路載體；將原來所有電源插座變為信息插座而組建的網絡被稱為電力通信網絡。電力線寬帶接入技術，實際上就是計算機通過專用的網卡，接入到電源線，將網絡信號轉換成電線上傳輸的信號，所有客戶便可通過專用的電力線網卡上網。
電力線寬帶接入技術，即為用戶需要使用寬帶網際網路時，只需用一個電力線網卡將電力線網卡的電源插頭接入到客戶房內的任何一個電力插座上便可接入到網際網路。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述在網絡接入技術的過程中所遇到的「瓶頸」，提供一種電力線網卡，將使用原有的低壓220V電源線作為數據通信的線路載體，將原來所有電源插座變為信息插座而實現網絡接入。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種電力線網卡，包括中央處理器，片外程序存儲器，用於連接電力線的電源插頭，與所述電源插頭連接實現信號耦合的電力線耦合器，與電力線耦合器連接實現電源、數據信號分離的模擬前置電路模塊，用於和外部設備相連的接口控制器。
所述模擬前置電路模塊包括接收數據信號迴路、發射數據信號迴路。
所述接收數據信號迴路包括用於對接收數據信號濾波的帶通濾波器、放大接收數據信號的運算放大器和根據接收數據信號大小和所述中央處理器控制信號調節所述運算放大器增益的自動增益控制器；所述發射數據信號迴路包括用於對發射數據信號濾波的帶通濾波器和放大發射數據信號的運算放大器。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述中央處理器為INT51X1晶片。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述模擬前置電路模塊為AFE_SIP_5V模塊。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述接口控制器為USB接口控制電路。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述接口控制器還可以為乙太網接口控制器。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述乙太網接口控制器為AC101L。
在本實用新型所述的電力線網卡中，所述片外程序存儲器為AT93C46晶片。
在本實用新型所述的電力線網卡中，還包括用於為模擬前置電路模塊以及其它電路提供電源的DC/DC變換器，所述DC/DC變換器包括實現5V電源到3.3V電源變換的LM1117ADJ晶片和實現5V電源到1.5V電源變換TPS62000DGS晶片。
在本實用新型所述的電力線網卡中，還包括用於顯示電力線網卡工作狀態的狀態顯示器。
在本實用新型所述的電力線網卡中，還包括復位電路，所述復位電路為LM809M3X-2晶片。
本實用新型的有益效果是，不再需要任何新的線路鋪設，隨意接入共享網際網路連接；可以在任何客戶進行網絡連接；可移動計算機至任意位置，使用簡單；高通訊速率，可達14Mbps(將來通過升級設備可達100Mbps)，可使用VOD點播；數據加密，提供高安全性和高可靠性能，滿足住戶網上交易的需求；利用現有的電力線資源節省費用；安裝設備以及使用方式簡單方便。
電力線上網通過利用傳輸電流的電力線作為通信載體，這使得電力線載波PLC技術具有極大的便捷性和隨意性，只要在房間任何有電源插座的地方，就立即可享受4.5M～45Mbps的高速網絡接入，來瀏覽網頁、撥打IP電話和觀看在線電影，從而實現集數據、語音、視頻，以及電力於一體的「四網合一」！另外，可將房屋內的電話、電視、音響、冰箱等家電利用電力線載波PLC連接起來，進行集中控制，實現「智能家庭」的夢想。目前，電力線載波PLC主要是作為一種接入技術，提供寬帶網絡「最後一公裡」的解決方案。適用於居民小區、學校、酒店、寫字樓等領域。電力網絡寬帶接入技術採用全新的網絡結構，不通過傳統的電話網絡交換機，不存在佔用電話線的問題，無需交納電話費，進一步減少用戶的上網費用。


下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1為本實用新型的電力線網卡的結構方框圖；圖2、3、4為本實用新型的電力線網卡的一個優選實施例的電路圖；圖4、5、6、7、8為本實用新型的電力線網卡的一個優選實施例的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，為本實用新型的電力線網卡的結構框圖。
下面結合圖1描述本實用新型的結構、連接關係和信號走向。
輸送信號的過程為，首先將電源插頭與電力線相連，將電力線與電力線網卡連接起來，電力線上傳輸的信號首先通過電源插頭傳輸給電力線網卡的耦合器，通過電力線耦合器實現強電和弱電信號的分離。模擬前置電路模塊2與電力線耦合器1連接，接收的信號傳送給模擬前置電路模塊，接收數據信號先通過帶通濾波器8濾波處理後再經過運算放大器9放大，輸送給與模擬前置電路模塊2相連的中央處理器3。中央處理器3通過自動增益控制器5對運算放大器9進行自動增益調整，對信號進行接收處理，然後由中央處理器3內的A/D轉換器實現數據的採集，中央處理器3將採集的數據進行解密處理後傳輸給與其相連的接口控制器4，最後通過接口控制器4將經過數據信號傳輸給外部計算機設備。
發射信號的具體過程為，外部設備通過接口控制器4將發射數據信號傳送給中央處理器3，中央處理器3對數據經過加密處理，將處理後的數據通過其內部的D/A轉換器將數據信號轉換為可以發送的模擬信號，傳送給與之相連的模擬前置電路模塊2，發射數據信號在模擬前置電路模塊2中先經過帶通濾波器11濾波後，再傳送給運算放大器10進行放大處理。發射數據信號再通過與模擬前置電路模塊2相連的電力線耦合器1將發送的信號耦合到電力線上。
中央處理器3還與片外程序存儲器7、顯示電力線網卡工作狀態的狀態顯示器6相連，實現參數的設置以及外部可觀察的狀態指示。
如圖2、3、4所示，為本實用新型的一個優選實施例的電路圖，其接口控制電路可與外部設備的USB接口相連，外部設備需要安裝驅動程序。
下面結合圖2至圖4描述本實施例的電路圖。
如圖4所示，為電力線網卡電力線耦合器和模擬前置電路模塊的電路圖，模擬前置電路模塊為AFE_SIP_5V模塊，接收信號經過插頭J3輸入，經過電力線耦合器T1耦合傳輸給模擬前置電路模塊。通過模擬前置電路模塊內的運算放大器處理後，由模擬前置電路模塊的5腳輸出(RXOUT)，送入圖2的中央處理器INT51X1的引腳J13(ADC_INP)和K13(ADC_INN)進行模數轉換處理，在此過程中同時由中央處理器INT51X1生成自動增益控制碼(AGC0～AGC7)，由自動增益控制器通過模擬前置電路模塊的引腳8～15，對模擬前置電路模塊的運算放大器進行控制，使運算放大器處於正常工作狀態。信號傳送到INT51X1進行模數轉換處理、USB通訊數據打包格式處理以及解密處理，然後，通過引腳A3(DP)和A4(DM)送入到USB接口電路D+和D-，由接口電路送入USB接口設備。
需要發送的信號經過圖3的USB接口電路送入到圖2的INT51X1的引腳A3(DP)和A4(DM)，由INT51X1晶片進行USB通訊數據解包處理、數據加密處理、OFDM調製方式處理、CSMA/CA協議處理、然後進行數模轉換處理將信號轉換為可以加載到電力線上的模擬信號，通過引腳A3(DP)和A4(DM)，將信號送入到圖4的模擬前置電路模塊的引腳2、3，由模擬前置電路模塊內的帶通濾波器進行濾波處理，然後經過運算放大器將信號通過模擬前置電路模塊的引腳18、19發射到電力線耦合器上，由電力線耦合器將發送的信號耦合到電力線上。
如圖2所示，通過USB接口的Vbus引腳，經過濾波處理後得到標號為+5A的+5V電源，該電源直接供給圖3的模擬前置電路模塊。同時電源Vbus通過DC/DC變換器LM1117穩壓處理後得到+3.3V電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_IO電源引腳以及圖3的AT93C46晶片和LM809復位晶片作為工作電壓，+3.3V電源經過濾波處理後得到標號為+3.3A的+3.3V電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_A電源引腳，電源Vbus通過DC/DC變換器TPS62000DGS穩壓處理後得到+1.5V電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_C電源引腳。由軟體通過接口控制INT51X1晶片，可以將MAC地址信息以及加密解密的密鑰數據寫入到AT93C46中保存。
如圖4、5、6、7、8所示，為本實用新型的另一個優選實施例的電路圖，其接口控制電路可與外部設備的TCP/IP以態網接口相連，如果客戶的外部設備上配有普通RJ-45接口的網卡可以使用該設備，無需安裝驅動程序。
下面結合圖4～8描述本實施例的電路圖。
如圖4所示，為電力線網卡電力線耦合器和模擬前置電路模塊的電路圖，模擬前置電路模塊為AFE_SIP_5V模塊，接收信號經過插頭J3輸入，經過電力線耦合器T1耦合傳輸給模擬前置電路模塊。通過模擬前置電路模塊內的運算放大器處理後，由模擬前置電路模塊的5腳輸出(RXOUT)，送入圖5的中央處理器INT51X1的引腳J13(ADC_INP)和K13(ADC_INN)進行模數轉換處理，在此過程中同時由中央處理器INT51X1生成自動增益控制碼(AGC0～AGC7)，由自動增益控制器通過模擬前置電路模塊的引腳8～15，對模擬前置電路模塊的運算放大器進行控制，使運算放大器處於正常工作狀態。信號傳送到INT51X1進行模數轉換處理、通訊數據格式處理以及解密處理，然後，通過引腳B7、A8、B8、A9(網絡標號為ETH_TXD0～3)將信號傳送到圖7的TCP/IP的物理層處理晶片AC101L的引腳11～14(TXD0～3)，由AC101L晶片對信號進行處理，然後通過引腳34(TXN)和35(TXP)將信號傳送到圖8的晶片S558-5999-T7引腳8(TX-)和6(TX+)，經過處理後由晶片S558-5999-T7引腳(TD-)和11(TD+)連到插座RJ-45，同外部以態網接口設備相連。
需要發送的信號經過圖8的RJ-45接口電路送入到晶片S558-5999-T7的引腳14(RD-)和16(RD+)，經過處理後由晶片S558-5999-T7引腳3(RX-)和1(RX+)9連到圖7的TCP/IP的物理層處理晶片AC101L的引腳26(RXN)和27(RXP)，然後通過引腳48～45(RXD0～3)將信號傳送到圖5的INT51X1的引腳A2、B1、C1、C2(網絡標號為ETH_RXD0～3)，由INT51X1晶片進行通訊數據解包處理、數據加密處理、OFDM調製方式處理、CSMA/CA協議處理、然後進行數模轉換處理將信號轉換為可以加載到電力線上的模擬信號，通過引腳A3(DP)和A4(DM)，將信號送入到圖4的模擬前置電路模塊的引腳2、3，由模擬前置電路模塊內的帶通濾波器進行濾波處理，然後經過運算放大器將信號通過模擬前置電路模塊的引腳18、19發射到電力線耦合器上，由電力線耦合器將發送的信號耦合到電力線上。
如圖6所示，外部的220V交流電源經過變壓器後經過整形穩壓後得到，經過濾波處理後得到標號為+5A的5V電源，該電源直接供給圖3的模擬前置電路模塊引腳7。同時經過整形後的電源首先經過第一級的DC/DC變換器LM1117穩壓處理，再經過一級的DC/DC變換器LM1117穩壓處理後得到標號為+3.3V的電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_IO電源引腳以及圖3的AT93C46晶片和LM809復位晶片作為工作電壓，+3.3V電源經過濾波處理後得到標號為+3.3A的+3.3V電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_A電源引腳，第一級的DC/DC變換器LM1117穩壓處理後的電源通過DC/DC變換器TPS62000DGS穩壓處理後得到+1.5V電源，提供給圖2的INT51X1晶片的VDD_C電源引腳。由軟體通過接口控制INT51X1晶片，可以將MAC地址信息以及加密解密的密鑰數據寫入到AT93C46中保存。
權利要求1.一種電力線網卡，包括中央處理器(3)，片外程序存儲器(7)，其特徵在於用於連接電力線的電源插頭，與所述電源插頭連接實現信號耦合的電力線耦合器(1)，與電力線耦合器(1)連接實現電源、數據信號分離的模擬前置電路模塊(2)，用於和外部設備相連的接口控制器(4)；所述模擬前置電路模塊(2)是模擬前置電路包括接收數據信號迴路、發射數據信號迴路；所述接收數據信號迴路包括用於對接收數據信號濾波的帶通濾波器(8)、放大接收數據信號的運算放大器(9)和根據接收數據信號大小和所述中央處理器(3)控制信號調節所述運算放大器(9)增益的自動增益控制器(5)，所述發射數據信號迴路包括用於對發射數據信號濾波的帶通濾波器(11)和放大發射數據信號的運算放大器(10)。
2.根據權利要求1所述的電力線網卡，其特徵在於，所述中央處理器(3)為INT51X1晶片。
3.根據權利要求2所述的電力線網卡，其特徵在於，所述模擬前置電路模塊(2)為AFE_SIP_5V模塊。
4.根據權利要求2所述的電力線網卡，其特徵在於，所述接口控制器(4)為USB接口控制電路。
5.根據權利要求2所述的電力線網卡，其特徵在於，所述接口控制器(4)為乙太網接口控制器。
6.根據權利要求5所述的電力線網卡，其特徵在於，所述接口控制器(4)為AC101L晶片。
7.根據權利要求1-6任何一項所述的電力線網卡，其特徵在於，所述片外程序存儲器(7)為AT93C46晶片。
8.根據權利要求1-6任何一項所述的電力線網卡，其特徵在於，還包括用於為模擬前置電路模塊(2)以及其它電路提供電源的DC/DC變換器，所述DC/DC變換器包括實現5V電源到3.3V電源變換的LM1117ADJ晶片和實現5V電源到1.5V電源變換的TPS62000DGS晶片。
9.根據權利要求1-6任何一項所述的電力線網卡，其特徵在於還包括用於顯示電力線網卡工作狀態的狀態顯示器(6)。
10.根據權利要求1-6任何一項所述的電力線網卡，其特徵在於還包括復位電路，所述復位電路為LM809M3X-2晶片。
專利摘要本實用新型涉及一種電力線網卡，包括中央處理器，片外程序存儲器，用於連接電力線的電源插頭，與所述電源插頭連接實現信號耦合的電力線耦合器1，與電力線耦合器1連接實現電源、數據信號分離的模擬前置電路模塊2，用於和外部設備相連的接口控制器。本實用新型涉及的電力線網卡不再需要任何新的線路鋪設，隨意接入共享網際網路連接；可以在任何客戶進行網絡連接；可移動計算機至任意位置，使用簡單；高通訊速率，可達14Mbps(將來通過升級設備可達100Mbps)，可使用VOD點播；數據加密，提供高安全性和高可靠性能，滿足住戶網上交易的需求；利用現有的電力線資源節省費用；安裝設備以及使用方式簡單方便。
文檔編號H04B3/54GK2696214SQ20042001520
公開日2005年4月27日 申請日期2004年1月19日 優先權日2004年1月19日
發明者萬文惠 申請人:深圳市天益光纖通信技術有限公司