TDA5051A的工作原理及其應(yīng)用
摘要：TDA5051A是飛利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自動(dòng)化專用電源調(diào)制解調(diào)芯片，通過組建家庭網(wǎng)絡(luò)，用戶可以隨時(shí)隨地通過家中的供電線路操控家用電器。文中介紹了TDA5051A的內(nèi)部組成、管腳功能及工作原理，并給出了其典型應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：TDA5051A 家庭自動(dòng)化 家庭網(wǎng)絡(luò)
1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诔晒﹂_發(fā)并應(yīng)用了工業(yè)自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化后，又將目前轉(zhuǎn)移到了與生活信息相關(guān)的家庭中，所謂家庭自動(dòng)化，顧名思義就是指在住宅內(nèi)將各種家用設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)在一起，在中心控制計(jì)算機(jī)的管理和控制下，依照主人的旨意，使各種家電設(shè)備相互配合，各負(fù)其責(zé)，實(shí)現(xiàn)家務(wù)勞動(dòng)和家庭管理的高度自動(dòng)化，為家庭各成員提供盡可能的服務(wù)。家庭自動(dòng)化的對(duì)象不僅包括各種電氣廚房設(shè)施、音視頻設(shè)備，還包括空調(diào)、保安系統(tǒng)、火警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及未來的家庭辦公娛樂系統(tǒng)。如何將家用設(shè)備組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信是家庭自動(dòng)化技術(shù)研究的一個(gè)重要課題。目前國際上也制定了與家庭自動(dòng)化相關(guān)的開放式標(biāo)準(zhǔn)CEBus和一系列規(guī)范，規(guī)范中給出了家庭網(wǎng)絡(luò)的不同媒體傳輸技術(shù)，若采用傳統(tǒng)的鋪設(shè)專門電纜線的方法，則電纜線的安裝和維護(hù)費(fèi)用較高，而且不便于分支、連線；而采用電力線作為通信媒體則不需另外布線，可直接利用已有電力線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，并且線路可以遍布建筑的各個(gè)角落，非常便于與其他智能家電設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化，因此這種技術(shù)方法具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。文中介紹了家庭自動(dòng)化專用MODEM芯片TDA5051A，它是飛利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自動(dòng)化專用電源調(diào)制解調(diào)芯片。該芯片是專為通過電力線或路或任何雙線直流電、交流電線進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸而設(shè)計(jì)的，用于家庭自動(dòng)化系統(tǒng)中家庭智能控制器與電力線及電力線與家用電器設(shè)備之間提供介面連接，使家庭用戶可以隨時(shí)隨時(shí)通過家中的供電線路控制每一個(gè)家用電器。
2 TDA5051A的工作原理
TDA5051A是一個(gè)電源專用調(diào)制解調(diào)器芯片，主要用在ASK調(diào)制方式、波特率為600或1200的家庭電力載波網(wǎng)絡(luò)中，采用5V單電源供電，符合EN50065-2對(duì)免受電磁波干擾影響的嚴(yán)格規(guī)定。該芯片采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）結(jié)構(gòu)，具有低功耗、高可靠性以及溫度穩(wěn)定等特性?？芍苯优c微處理器的TTL/CMOS電平引腳相接，芯片內(nèi)置時(shí)鐘電路，時(shí)鐘電路的輸出引腳可為微處理器提供計(jì)時(shí)功能。TDA5051A引腳排列如圖1所示，引腳功能如表1所列。
表1 TDA5051A引腳功能
| 符 號(hào) | 管 腳 | 功 能 描 述 |
| DATAIN | 1 | 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入低電平有效 |
| DATAOUT | 2 | 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出低電平有效 |
| VDDD | 3 | 數(shù)字電源 |
| CLKOUT | 4 | 時(shí)鐘輸出 |
| DGND | 5 | 數(shù)字地 |
| SCANTEST | 6 | 測(cè)試輸入 |
| OSC1 | 7 | 振蕩輸入 |
| OSC2 | 8 | 振蕩輸出 |
| APGND | 9 | 放大器模擬地 |
| TXOUT | 10 | 模擬信號(hào)輸出 |
| VDDAP | 11 | 放大器模擬電源 |
| AGND | 12 | 模擬地 |
| VDDA | 13 | 模擬電源 |
| RXIN | 14 | 模擬信號(hào)輸入 |
| PD | 15 | 節(jié)電模式輸入 |
| TEST1 | 16 | 測(cè)試輸入 |
TDA5051A內(nèi)部電路原理框圖如圖2所示。由圖中可以看出，其內(nèi)部電路由ROM存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、邏輯控制器、振蕩器、數(shù)字解調(diào)器、數(shù)字帶通濾波器、電源及計(jì)數(shù)器等部分組成。
TDA5051A有發(fā)送和接收兩種工作模式，另外為了方便系統(tǒng)調(diào)試還專門設(shè)計(jì)了測(cè)試功能。在發(fā)送模式下，數(shù)字信號(hào)通過DATAIN引腳輸入到芯片內(nèi)部，考慮到外部環(huán)境的變化，為獲得更好的穩(wěn)定性，芯片的載波頻率可由微處理器控制，也可由芯片本身的振蕩器產(chǎn)生。由DATA IN引腳輸入的信號(hào)經(jīng)過模擬調(diào)制后，再由特定電路進(jìn)行整形，這樣可以很好的抑制干擾，提高抗干擾能力。最后再將信號(hào)由模擬信號(hào)發(fā)送端TXout(10腳)直接送出。在接收模式下，模擬信號(hào)接收端RXIN（14腳）接收到模擬信號(hào)以后，由D/A轉(zhuǎn)換器換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)數(shù)字帶通濾器濾波和數(shù)字解調(diào)器解調(diào)后，先由數(shù)字信號(hào)輸出端DATA IN（2腳）輸出。模擬信號(hào)接收端RX IN（14腳）內(nèi)置了一個(gè)（-6～+30dB）自動(dòng)增益放大器，使接收到的模擬信號(hào)始終處在數(shù)字解調(diào)器的靈敏區(qū)，以提高抗干擾能力，降低誤碼率。
需要注意的是，在發(fā)送模式中，電路的接收部分仍然有效，并且能夠接收和識(shí)別傳輸?shù)男盘?hào)。
3 在組建家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用
采用電力線組建家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)由一個(gè)主控單元、220V電力線傳輸通道和若干并接在電力線上的受控單元組成，全部采用單片機(jī)為中心處理器。一個(gè)主控單元可控制多個(gè)受控單元，主控單元負(fù)責(zé)發(fā)出控制命令，命令中含有地址信息和控制信息，經(jīng)TDA5051A調(diào)制后通過電力線傳輸?shù)礁魇芸貑卧?，受控單元接收到信息后，核?duì)地址，只有當(dāng)收到的地址與自身的地址相符并校驗(yàn)無誤后，才按照接收到的命令控制設(shè)備工作，并向主控單元回送信息。TDA5051A與單片機(jī)的接口電路及TDA5051A與電力線的接口電路如圖5所示。
4 結(jié)束語
重點(diǎn)介紹了TDA5051A的工作原理，以及利用TDA5051A如何組建家庭網(wǎng)絡(luò)，限于篇幅，未能涉及通信及軟件編程。需要注意的是，利用TDA5051A組建家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信時(shí)，應(yīng)在同一相線上掛接家電設(shè)備，以獲得最好的通信效果。
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