引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201703/345092.htm目前，電力線通信技術是一種半雙工通信方式，通過配電系統進行傳輸。有兩種類型的通信：窄帶PLC和寬帶PLC。窄帶PLC的數據率大約為100kbps，工作頻率範圍為10 kHz至500 kHz;寬帶PLC的數據率高於100Mbps，通信系統工作在2至100MHz頻率範圍。
通過已有電力設施傳輸數據最早用於電力線上的電話通信系統，後來在50年前被用於遠程繼電器控制和公共照明。現在，電力線上實現了雙向通信，被用於家庭遠程訪問/控制、工業遠程訪問/控制，甚至能源領域的分布式發電系統。所有這一切都可通過被稱為智能電網的公共平臺實現。
每個家庭中帶有獨特通信設備的電錶能夠每月為供電方提供信息，無需對每個街道的每個家庭進行人工抄表。供電方以及消費者都擁有關於一個小城鎮中一天裡每個時段的供電和需量統計數據。這就能夠提供非常重要的信息，便於高效利用電能，降低碳排放。這就通過可再生能源進行發電，並在配電系統中對其進行管理來釋放更多潛在的能源。
圖1 使用MAX44211線驅動器與交流電力線連接的Zeno數據機
英文解釋：
communication modem 通信數據機
PROTECTION 保護
Line driver 線驅動器
ISOLATOR/COUPLER 隔離器/耦合器
AC MAINS 交流電源
1 MAX44211線驅動器
圖1為使用MAX44211線驅動器與交流電力線連接的Zeno數據機，該數據機兼容G3-PLC和Prim標準。
儘管交流電力線的線阻一般額定值為50Ω，但實際情況往往並非如此。由於電力線上每個用戶的需量不均衡，導致線阻發生變化。阻抗的動態變化是負載或負載變化引起的，其中的主要因素是電機，而幾乎所有家用設備(洗衣機、冰箱、吸塵器)中都有電機。工業環境下也是如此，並且電機更多。這些電機不同於家用電器中的電機，而是功率高出10倍到100倍。電機在工作時傾向於向電網中倒灌EMI。功率開關/開關設備(例如逆變器或筆記本電腦充電器)也將噪聲倒灌到電網，儘管其影響比前者小得多。為緩解這種影響，通常在電源輸入埠安裝一個大電容(1µF至100µF)。該電容在50Hz時對交流電源形成大約3kW阻抗，但100 kHz或500 kHz時，阻抗分別約為1.6W和0.3W。在較高頻率時，包含電纜電阻在內，交流電源的阻抗為大約2W。
對於G3-PLC規範，發送到電網的最大可能帶內信號功率約為126dBuV，更別提要求發送此類信號的數據機能夠向交流電力線的此種動態阻抗驅動信號。
對於正弦波，126dBuV大約為2Vrms。通常情況下，驅動10至15W負載就要求數據機輸出必須擁有相對較高的功率驅動。失真特性必須在標準規定的帶外指標之內。標準運放不能滿足這一要求，這正是MAX44211的作用。
MAX44211是一款低失真線驅動器，具有如下特性：
1)提供在負載變化條件下驅動交流電源所需的高輸出功率;
2)可用於支持全球所有標準，例如CENELEC、ARIB、FCC;
3)提供1.5A較高最大輸出電流，峰-峰輸出差分電壓擺幅高達36V;
4)具有高級診斷功能，可監測溫度和輸出過流。
2 特性和保護
MAX44211具有可變增益，提供四個不同的增益值。分別利用G0、G1輸入選擇增益。G0、G1輸入通常由PLC數據機的GPIO埠控制，可在器件工作時實時更改增益，確保輸出到電力線的功率符合要求。
可在數據機處於發送模式時使能輸出，而在不使用時將其禁止。接收模式下，這些輸出必須為高阻態，由此隔離發送通路，從而避免EMI和損壞。發送時，MAX44211的輸出阻抗為毫歐數量級，禁止時高於35kΩ。
根據負載的功率需量以及負載變化的不同，設計者可計算出線驅動器的最大峰值電流需量。該值可用於設置限流值，使用相應的RSET值限制輸出電流。MAX44211輸出的最大峰值電流決定線驅動器的功耗，也為我們提供負載環境的指示。例如，假設信號為125dBuV，負載為50Ω。
125dBuv = 10^(125/20))/1000000 = 1.778Vrms，負載為50Ω時，電流為355mA (rms)
根據信號類型的不同，rms有效值與峰值之比可能不同(正弦波p-p = 2rt2 Irms) ( OFDM信號p-p = 6.6 x Irms)。同一125dBuV信號驅動至2Ω負載時，輸出電流需量將為 0.889 A(1.778V/ 2 = 0.889 A)。因此，峰-峰電流高於MAX44211的最大輸出電流2A。限流值由RSET決定，將輸出箝位到限流值，確保器件不會被熱擊穿損壞。這種情況下，輸出將失真。
3 STATUS 0/1輸出
在應用中，STATUS輸出通常連接到數據機的GPIO引腳。這些輸出為調製器提供關於電力線負載及工作溫度的關鍵信息，數據機可據此制定決策。
發生限流時，STATU-0輸出變為低電平，向數據機表示重載條件。數據機可停止發送並等待幾分鐘，然後再次發送。
高溫報警表示內部結溫已經達到150°C，並在結溫達到160°C時執行熱關斷。
如果在重載條件下繼續發送數據，將會發生限流(STAT-0為低電平)。由於長時間高電流需量以及封裝和電路板的功耗特性，內部結溫會達到150°C;如果繼續發送數據，最終將使器件進入熱關斷狀態。
在較高環境溫度下發送數據。PLC數據機往往採用標準IP-67封裝。這種封裝具有一定的防潮、防水能力，只需極少，甚至沒有散熱口。這些封裝安裝在附近變電站的數據集中器中，或者安裝在家庭的牆壁插座。內部溫度很容易飆升到75°C。
4 外部保護
圖2 MAX44211輸出與交流電源之間的隔離
隔離：MAX44211輸出與交流電源之間具備正確的隔離。有兩種隔離方式：
1)耦合器/變壓器隔離;
2)無變壓器隔離，使用容性隔離，LC電路用作對交流電源的耦合電路。
4.1 D1/ D2/ D3/ D4：肖特基二極體
MAX44211輸出要求有箝位二極體，防止變壓器或LC耦合網絡中負載變化/開關引起的反電動勢造成電壓尖峰損害器件。肖特基二極體具有快速開關和較高電流密度，是此類應用中發生故障條件時將輸出箝位到AVDD的最大電壓以及將瞬態電流旁路的電源的理想選擇。
4.2 D5：TVS二極體
連接到交流電源時，推薦使用雙向TVS二極體進行保護。這些二極體具有浪湧保護功能，從而提供對電力線中EMI的抗擾性。浪湧事件期間，TVS二極體將傳導-VBREAKDOWN至+VBREAKDOWN範圍的信號，通過箝位到±VCLAMP來保護電路。
4.3 功耗(管芯和封裝)和熱設計
MAX44211採用4mmx4mm TQFN封裝，帶有裸焊盤及無鉛封裝，改善向電路板的導熱。重載情況下發送PLC信號時，線驅動器的功耗可高達4W，這將升高器件的內部結溫。溫度保護電路監測內部溫度，並在必要時發出報警或關斷。
圖3 EP和接地層之間布置多個過孔
建議在EP和接地層之間布置多個過孔，如圖3所示。多個過孔可降低從封裝表面到PCB的熱阻。另外也建議在PCB設計中採用兩個或多個接地層，層厚為2oz。
5線性度數據：
圖4數據為50Ω負載時的線性度/失真信息，AVDD和旁路電容。
圖4 數據為50Ω負載時的線性度/失真信息
英文解釋：
Two tone linearity test 雙音線性度測試
MAGNITUDE 音量
Frequency 頻率