MAX2990 - первая ИС модема для передачи данных по электросети от компании Maxim

MAX2990 поддерживает работу в широком диапазоне частот, от 10 до 490 кГц, и соответствует международным нормам передачи сигналов по электросетям, в т.ч. CENELEC, FCC и ARIB. Данная высокоинтегрированная SoC идеальна для применений, где требуется высокая скорость передачи данных на большом расстоянии, например, приборы учета энергоресурсов с функцией автоматического считывания показаний, дистанционное управление нагрузками и распределением электроэнергии, управление светотехническими устройствами, а также системы автоматизации зданий, домашнего хозяйства и промышленных объектов.

Проблемы передачи данных по существующим электросетям:

Электрические сети являются наиболее протяженными сетями по всей планете. Несмотря на то, что идея передачи данных по электросетям существует с 20-х годов прошлого столетия, в настоящее время количество коммуникационных устройств, использующих отдельное проводное соединение, гораздо больше устройств с передачей данных по электросети.

Электросети являются агрессивной средой. Частотный диапазон, лежащий ниже 10…500 кГц особенно чувствителен к электромагнитным наводкам, фоновому шуму, импульсному шуму и групповым задержкам. На Рис. 1 показана интенсивность шума в типичном электросетевом канале.

Рис. 1. Типичная шумовая характеристики электросети

Чтобы решить эти проблемы, многие компании пытались создавать различные способы модуляции, как, например, схема модуляции распределенным спектром и другие узкодиапазонные схемы. Однако ни одно из этих решений не позволяет добиться высокой скорости передачи данных на большом расстоянии, что необходимо во многих современных требовательных применениях.

OFDM-модуляция и перспективные сетевые технологии гарантируют надежность передачи данных

Проблемы, вносимые электросетями, Maxim решила использованием усовершенствованных способов широкополосной связи. MAX2990 использует OFDM-технологию с DBPSK-модуляцией и прямой защитой от ошибок (FEC), что гарантирует надежность передачи данных в условиях наличия узкодиапазонных наводок, групповых задержек, помех, импульсного шума и частотно-избирательного ослабления. Таким образом, MAX2990 является единственной в промышленности микросхемой для широкополосной передачи данных по электросети в частотном диапазоне 10…490 кГц.

Использование перспективных сетевых технологий гарантирует надежность и высокую защищенность коммуникационной сети. В частности, схема CSMA/CA управляет трафиком в распределенной сети со многими узлами, а функция автоматического повтора запроса (ARQ) гарантирует доставку и получение входящих пакетов. MAX2990 также интегрирует быстродействующий сопроцессор DES шифрации/дешифрации, с помощью которого можно повысить защищенность передаваемых данных.

Благодаря улучшенной эффективности использования рабочей полосы частот достигается максимальная степень восстановления данных

На Рис. 2 сравнивается узкодиапазонная технология (ЧМн) с широкодиапазонной (OFDM). Данные технологии отличаются количеством тонов, используемых для посимвольной передачи данных (символ - наименьший передаваемый блок данных за один подход). График демонстрирует, что OFDM более эффективно использует полосу частот, чем узкодиапазонный метод, тем самым, позволяя передавать большее число тонов в заданной полосе частот.

Рис. 2. Сравнение узкодиапазонной и широкодиапазонной технологий

Доступность большего числа тонов у OFDM системы позволило реализовать внутри MAX2990 схемы восстановления данных, как например, схема Рида Соломона и сверточное кодирование. Особенностью этих способов является формирование ими бит исправления ошибок. Таким образом, передачей этих бит и соответствующих им данных на различных тонах будет достигнута максимальная степень восстановления данных. Благодаря такому свойству OFDM технологии, MAX2990 является наиболее надежным в промышленности PLC-модемом.

Отличные характеристики на повышенных скоростях

На фазе тестирования модема очень важно оценить значение частоты ошибочных бит (BER) при заданном отношении сигнал-шум (SNR). BER характеризует отношение потерянных бит к общему числу переданных бит при определенном уровне шума.

Если типичная ЧМн система имеет BER порядка 104 при SNR=12 дБ и скорости 2 кбит/сек, то MAX2990 достигает того же значения BER при SNR=4 дБ и скорости 32 кбит/сек, при этом, границы рабочего диапазона частот составят 10 кГц и 95 кГц. Таким образом, использование OFDM технологии вместе со способами исправления бит позволяет добиться приблизительно на 8 дБ улучшения характеристик при более высоких скоростях передачи данных.

Чтобы добиться еще большего улучшения характеристик, MAX2990 автоматически переключается в специальный высоконадежный режим работы. Это необходимо для снижения потенциально-вредных внутри-диапазонных тонов в случае, когда вариации входного сигнала выходят за пределы предустановленных порогов, как, например, пороговые уровни SNR и уровни флуктуации входов. В результате, работая на более низких скоростях, переход в этот режим позволяет приблизительно на 5 дБ улучшить SNR.

Дополнительная техническая информация и сведения о доступности

В одном кристалле MAX2990 содержит физический слой (PHY), MAC-контроллер, а также ядро 16-битного RISC микроконтроллера MAXQ®. MAX2990 содержит 32 кбайт флэш-памяти для хранения MAC кода и программы пользователя, а также 8 кбайт статического ОЗУ для хранения данных. Кроме того, для соединения с прочими сетевыми устройствами у MAX2990 предусмотрены последовательные интерфейсы UART, SPI™ и I²C. Более детальная информация приведена на Рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема MAX2990

ИС MAX2990 доступна в 64-выводном корпусе LQFP и рассчитана на работу в температурном диапазоне -40…+85°C.

Ключевые особенности MAX2990

• Сочетает физический слой (PHY) и MAC-контроллер
• Встроенный микроконтроллер с флэш-памятью (32 кбайт) и статическим ОЗУ (8 кбайт)
• Максимально-эффективная скорость передачи данных в нормальном режиме: 32 кбит/сек в диапазоне частот 10…95 кГц; 100 кбит/сек в диапазоне 10…490 кГц
• Соответствие требованиям:
  • CENELEC (10…140 кГц)
  • FCC (10…490 кГц)
  • ARIB (10…450 кГц)
• Интегрирует блоки прямой защиты от ошибок (FEC), CRC16 и CRC32
• Содержит ускоритель алгоритма DES, а также сопроцессор шифрации/дешифрации
• Подавление помех в соответствии с требованиями FCC и ARIB
• Задаваемая пользователем начальная и конечная рабочая частота
• CSMA/CA арбитрация доступа к каналу и поддержка ARQ
• Поддержка интерфейсов SPI, I²C и UART
• Часы реального времени
• ШИМ счетчики, например, для управления яркостью свечения светодиодов

MAX2990

Интегральная схема модема передачи данных по электросети с использованием OFDM-модуляции в диапазоне частот 10…490 кГц

Отличительные особенности:

• Интегрирует физический слой (PHY) и MAC-контроллер
• Встроенный микроконтроллер с защищенной паролем флэш-памятью (32 кбайт) и статического ОЗУ (8 кбайт)
• Максимально возможная скорость передачи данных в нормальном режиме работы:
  • 32 кбит/сек на частоте 10…95 кГц и 100 кбит/сек на частоте 10…490 кГц
• Соответствует требованиям:
  • CENELEC A (10…95 кГц)
  • CENELEC B (95…120 кГц)
  • CENELEC C (120…140 кГц)
  • FCC (10…490 кГц)
  • ARIB (10…450 кГц)
• Интегрирует механизм прямой защиты от ошибок (FEC) и CRC16
• Встроенный ускоритель DES алгоритмов, а также сопроцессор шифрации/дешифрации и блок CRC32
• Подавление помех в соответствии с требованиями FCC и ARIB
• Конфигурируемая пользователем начальная и конечная рабочая частота
• Арбитрация доступа к каналу для осуществления множественного доступа с контролем несущей и исключения коллизий (CSMA/CA)
• Автоматический повтор запроса (ARQ) для улучшения функции поиска ошибок и надежности передачи данных
• Поддержка интерфейсов SPI, I²C и UART
• Часы реального времени (RTC)
• ШИМ-счетчики
• Встроенный блок тестирования для идентификации состояния канала

Области применение:

• Автоматическое считывание показаний приборов учета энергоресурсов
• Системы автоматизации зданий
• Системы вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC)
• Домашняя автоматизация
• Промышленная автоматизация
• Управление осветительными устройствами
• Дистанционный мониторинг и управление
• Системы управления доступом
• Системы сбора данных
• Переговорные устройства

Укрупненная схема включения:

Расположение выводов:

Общее описание:

Интегральная схема модема передачи данных по электросети MAX2990 позволяет реализовать надежное и выгодное в стоимостном плане решение для полудуплексной асинхронной передачи данных по электросетям переменного тока на скорости до 100 кбит/сек. MAX2990 - высокоинтегрированная система на кристалле (SoC), которая сочетает физической слой (PHY), MAC-контроллер и 16-битное ядро микроконтроллера MAXQ. Чтобы добиться надежной передачи данных по электросети, от которой питаются множество различных электроприборов, у MAX2990 используется OFDM-модуляция.

MAX2990 содержит ядро микроконтроллера MAXQ. MAXQ - 16-битный RISC микроконтроллер с флэш-памятью размером 32 кбайт, ПЗУ размером 5.12 кбайт и статическим ОЗУ объемом 8 кбайт, из которых 4 кбайт могут одновременно использоваться микроконтроллером и трансивером. MAX2990 интегрирует модули последовательной связи (SPI™, I²C, UART) и часы реального времени, а также такие стандартные блоки, как таймеры, порты ввода-вывода и блок внешних прерываний.

MAX2990 использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM), которое обеспечивает надежную передачу данных по некачественному каналу, в т.ч. при наличии импульсных помех. Схема OFDM дополнена блоками двухкратной фазовой манипуляции (BPSK) и прямой защиты от ошибок (FEC). Это необходимо в связи со свойственной им адаптируемостью под каналы с выборочной частотой без использования эквалайзеров, устойчивостью к помехам, надежностью передачи данных при наличии группового распределения задержек и стойкостью к импульсным помехам. MAX2990 содержит схему подавления помех, которая удаляет регулярные синусоидальные электромагнитные наводки в диапазонах FCC и ARIB. Защита данных реализуется DES-шифрованием.

ИС MAX2990 выпускается в 64-выводном корпусе LQFP и рассчитана на работу в температурном диапазоне -40…+85°C.

Реклама на сайте

Последние новости

[06/02/2019] Конференция в МГТУ им. Баумана «Технологии разработки и отладки сложных технических систем» 2019

[09/05/2018] Грандиозная майская распродажа на Gearbest!

[16/05/2017] С 15 по 17 мая в магазине Gearbest проходит грандиозный флэшсейл

[10/05/2017] Так что же такое Спиннер?

[05/12/2016] Новый Год и Рождество с GearBest!

[29/09/2016] Всемирный День Интернета на GearBest