Nový obvod pro PLC komunikaci přichází od STMicroelectronics®

Historie obvodů pro komunikaci po silovém vedení je velmi dlouhá, neboť první obvody, sic primitivní, byly nabízeny již v 90. letech minulého století. Byl jím obvod ST7537HS1. Důvodů, proč využít silová vedení i pro přenos dat, je mnoho, ale mezi ty základní patří snaha o cenově výhodnější realizaci a snadnou montáž. Jedním z metalických vedení, které najdeme na mnoha místech, jsou klasické silové rozvody 230 V. Protože tato vedení nejsou primárně určena pro přenos dat, nejsou parametry těchto vedení z hlediska uvažovaného přenosu dat optimální, takže pro přenos dat bude nutné použít jiné metody a přenosové rychlosti nebudou tak vysoké jako u moderních datových sítí.

S rozvojem polovodičových technologií a znalostmi o chování silového vedení na vyšších frekvencích došlo k postupnému rozvoji obvodů, které v sobě integrují stále více a více potřebných částí pro přenos dat po silovém vedení. A tak na konci roku 2010 byly představeny další obvody z rodiny ST75xx, a to ST7570, ST7580 a ST7590. Rodina těchto obvodů bývá označována jako STarGRID®. Na základě zkušeností s těmito obvody byl navržen nový člen rodiny STarGRID®, obvod ST75MM, který je zaměřen na oblast měření. Zvláštní označení obvodu se skládá z označení rodiny obvodů, tj. ST75, a zkratky METERS AND MORE®, což též naznačuje oblast využití tohoto obvodu.

V obvodu najdeme integrováno vše, co potřebujeme pro přenos dat po silové síti. V prvé řadě je to modulátor a demodulátor, neboť klasický digitální signál není vhodný pro přenos po silové síti.

Pro přenos je využita robustní B-PSK modulace s konvolučním kódováním. Jako demodulátor je využit Viterbi algoritmus. Z uvedeného je jasné, že modulace a demodulace je řízena pomocí specializovaného digitálního signálového procesoru (DSP) umístěného v obvodu ST75MM. Použití DSP spolu s DDS umožňuje též snadnou volbu pásma pro přenos signálu, přičemž nosná frekvence může být až 250 kHz. Implementace DSP umožňuje též přizpůsobení parametrů přenosu aktuálnímu stavu silové sítě (rušení). Maximální rychlost komunikace je 4,8 kbps. I když se pro uvažovanou oblast aplikací nepočítá s nutností vyšších rychlostí, je obvod schopen využívat čtyřstavovou či osmistavovou modulaci (Q-PSK či 8-PSK) pro dosažení vyšších přenosových rychlostí. Maximální komunikační rychlost po silové síti za použití těchto modulací je až 28,8 kbps. Dobrou zprávou je fakt, že na čip byl integrován i výkonový stupeň pro buzení silového vedení modulovaným signálem. Integrace tohoto výkonového stupně velmi zjednodušuje konstrukci s těmito obvody.

Kromě analogové části řízené DSP najdeme na čipu ještě druhý specializovaný mikrokontrolér, který má na starosti komunikaci obvodu s aplikací pomocí klasické sériové linky. Maximální komunikační rychlost tohoto rozhraní je 57,6 kbps. Tento mikrokontrolér na jedné straně zpracovává „surová“ data poskytovaná DSP a na straně druhé komunikuje dle otevřených protokolů METERS AND MORE® vyvíjených stejnojmennou asociací (application layer). Mikrokontrolér má na starosti též jednu důležitou funkci, kterou je kódování přenášených dat pomocí metody AES-128. Tato funkcionalita je pochopitelná, neboť přenesená data, například o spotřebě elektrické energie domácnosti, by neměla být veřejná.

Kromě již zmíněných částí najdeme na čipu pomocné části, jako je část starající se o napájení všech částí obvodu či část starající se o distribuci řídicího kmitočtu nebo obvod pro detekci průchodu nulou síťového napětí.

Obvod je zapouzdřen v moderním pouzdře VFQFPN se 48 vývody a rozměry 7 × 7 × 1 mm. Obvod vyžaduje dvojí napájení. První z nich, napětí v rozsahu 8 až 18 V, je třeba pro napájení výkonového zesilovače, který slouží pro buzení silového vedení signálem. Druhé napětí, 3,3 V či 5 V, je určeno pro napájení zbylé části obvodu. Vzhledem k aplikacím, kde by mohl být obvod nasazen, je rozsah pracovních teplot rozšířený, a to od –40 °C až do +85 °C.

Aktuální informace o novinkách od firmy STMicroelectronics® nejen z této, ale i mnoha dalších oblastí, můžete najít na webových stránkách www.st.com. Cenové nabídky je pak možné vyžádat u distributorů.