基于CPLD的高压电力线FSK MODEM设计
输入的二进制数据流经过缓冲隔离后,由CPLD采样来判断当前输入电平的高低,并在FSK信号输出端产生相应频率的方波。表1为二进制数据对应的方波频率表。
表1 调制规则表
随着二进制数据的跳变,在FSK信号输出端产生不同频率的方波,从而形成了FSK调制波形(方波)。
由于方波是由无穷个逐次倍频的正弦波组成的,如下式所示
ω0=2πf,f为基频,就是方波的频率。
所以我们可以在CPLD的FSK信号输出端后,加入一个低通滤波器来滤除方波的高频谐波分量,滤波器输出的则是对应于方波的同频率的正弦信号,经过缓冲放大后即可输出FSK信号。
3.2 解调部分
FSK信号是通过波形变换电路(由比较电路及缓冲放大电路组成)变换成为同频同相的方波。CPLD对方波进行频率识别,并在数据输出端输出解频后的数据流。
3.3 技术指标
载波上限频率—3260Hz。
载波下限频率—2460Hz。
载波中心频率—2860Hz。
波特率—300bps,600bps,1200bps。
调制方式—FSK。数据为'1'时,输出在2860~3260Hz之间的正弦波;数据为'0'时,输出在2460~2860Hz之间的正弦波。
图4 过零检测电路
4 硬件设计
4.1 输入缓冲及输出缓冲
计算机一般是通过串口传输数据,所以要用RS232TTL转换芯片MAX232来进行电平转换,同时通过缓冲器CD4050来隔离并驱动后级,如图2所示。
4.2 输出滤波器,输出放大器
因为需要滤掉载波下限频率的三次倍频7380Hz(2460Hz×3)以上的频率,因此该滤波器的截至频率设计为4000Hz(>3260Hz)。为了减小体积,这里采用了Maxim公司的开关电容(switched capacitor)滤波器MAX7411。MAX7411是一个五阶低通椭圆开关电容滤波器,具有非常快的下降度且电路十分简洁。图3是由MAX7411构成的滤波器。
INPUT为输入频率fIN,OUTPUT为输出频率fout'CLOCK为截至频率fc。该滤波器的效果如表2所列。
由表2可见,在1.25fc处信号衰减达到-38.5dB,已经可以忽略了。
表2 MAX7411的滤波参数