在我們的行業中，似乎一遍又一遍地發生的一件事是一個新的產品領域的出現，它在工程領域引起了很大的轟動，然后在黑暗、干燥的角落里苦苦掙扎了多年。這項技術聽起來太好了！我們可以用它來徹底改變我們的產品。然后這項技術萎靡不振，并徘徊了幾年，一些公司提供了一些新版本。但是，它從未真正進入大時代。幾年后，它終于成為一種非常可行的方法，并被各地使用。

這種情況經常發生，因為產品并沒有真正達到炒作產生的預期。或者，可能有太多競爭版本，以至于沒有人完全弄清楚該轉向哪條路。然后技術成熟并且運行良好，你會看到它無處不在。

在我看來，電力線通信（PLC）就是這種情況。幾年前，PLC似乎是許多通信問題的解決方案。但后來它消失了，現在它似乎終于大踏步前進了。它被用于公用事業智能電網和抄表應用程序、家庭自動化以及我們稍后將討論的許多其他領域。當然，它的最大優勢是不需要新布線。而且，PLC可以在相當長的距離上使用。

實際上，通過電力線發送數據在很久以前就被認為是一件整潔的事情。在用于配電的同一對電線上發送通信信號的概念可以追溯到1924年的專利，實現“通過電力電路進行載波傳輸”。用于語音電話的PLC始于20世紀初，到1920年代末在歐洲和美國普及。

電力線通信方法現在分為寬帶和窄帶。寬帶用于在家中發送高速數據，如以太網，而窄帶則以更悠閑的速度工作，用于公用事業儀表抄表、工業命令和控制、家庭自動化和許多照明控制應用。

可以肯定的是，PLC的工作環境很惡劣。未扭曲的電源線不僅像天線一樣工作，而且在工業環境或家中總是有多個電路，通信信號可能必須傳輸到主電路面板，然后找到到達目的地接收器的途徑。來自主面板的每個電路都有多個抽頭，從而形成非常復雜的阻抗和噪聲環境，以發送RF信號。電力線通常是一種極其困難和嘈雜的通信介質，其特點是幾種不可預測的強烈干擾形式。

寬帶PLC

寬帶系統尤其難以應對干擾和產生干擾。HomePlug AV于2005年推出，現在是寬帶PLC的中流砥柱，適配器的物理速率為200Mbps，500Mbps，現在超過1Gbps。雖然 HomePlug 連接的理論最大值可能為 200Mbps，但大多數連接的實際速度約為 30Mbps 到 50Mbps——只要可靠且一致，大多數時候仍然足以將視頻從路由器隨機播放到電視。HomePlug通過了IEEE 1901規范，該規范確保了互操作性。

窄帶可編程控制器

但今天我們想談談窄帶電力線通信。

通過長距離電力線（交流和高壓直流）進行通信是電網基礎設施的重要組成部分。自動公用事業儀表抄表現在是大多數地方的常態。照明、HVAC 和電器的家庭自動化是一個重要且不斷增長的使用領域。所有這些領域都使用窄帶PLC。 工業控制系統的設計者正在利用這項技術。其他快速興起的應用包括路燈、自動售貨機、太陽能電池板和電動汽車充電的控制。

用于使用電力線的通信技術已經發展。最初部署的方案包括基本單載波頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）調制的變化。這些技術在可靠地應對惡劣電力線環境方面的能力有限，因此，早期的PLC系統遇到了問題。

目前窄帶有兩個主要標準：G3和PRIME。通常，G3（或類似的IEEE P1901.2）標準更側重于魯棒性。對于工業應用，您必須確定數據會到達，也許不是以最高速度到達，但它確實到達了。G3 提供 20.36Kbps、34.76Kbps 和 46Kbps（帶編碼）數據速率、前向糾錯 （FEC） 以及與 6LoWPAN/IPv6 的兼容性。G3在歐洲的CENELEC-A或-B頻段（20Kbps-40Kbps）上運行，并可在整個FCC頻段上使用，在美國提供高達400Kbps的數據速率。它提供第 2 層 128 位 AES 加密以提供數據安全性。

OFDM解決了這個問題

G3和PRIME利用正交頻分復用（OFDM），這是一種通過噪聲信道傳輸大量數字數據的技術。它結合了許多慢速數據速率載波，以形成整體更高的數據速率。自動選擇一組載波頻率或信道以遠離干擾。多個子信號以不同的（正交）頻率同時傳輸。每個數據子載波都使用PSK或QAM進行調制。這與糾錯一起，確保在非常嘈雜的環境中可以毫無錯誤地接收數據。

圖1.多個恒定振幅的 OFDM 子載波的頻譜。

使OFDM成為實用傳輸系統的訣竅是將子載波調制速率與子載波連接起來。通過將子載波間距設置為符號速率的倒數，峰值和零點完美排列，使得在任何子載波頻率下，子載波都是正交的，并且它們之間沒有干擾。

用于工業控制的窄帶PLC控制器IC

一些芯片供應商生產支持 PRIME、G3 和 IEEE 1901.2 標準的控制器。OFDM和糾錯技術使窄帶PLC在典型的電氣噪聲環境中非常適合工業控制系統。這些技術確實使用了一些相當繁重的數學函數，并且需要一些嚴重的計算能力。如今，這不是什么大問題，但要確定您選擇的控制器芯片具有處理特定環境的馬力。

窄帶PLC控制器IC的一個例子是Maxim的ZENO MAX79356，它使用兩個流水線32位RISC處理器。該芯片已通過G3-PLC認證，其可編程性確保其能夠處理標準的修訂和國家變化。

MAX79356在監聽模式下的最大功耗僅為80.6mW。該 IC 包括一個完整的模擬前端 （AFE），并具有用于高安全性的 AES-CCM 加密引擎。該器件采用 48 引腳 LQFP 封裝，工作溫度范圍為 -40° 至 85°C。

審核編輯：郭婷