电力线扩频载波通信芯片设计
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摘要
电力线通信具有方便、经济、快捷等优点，是目前通信技术的一个研究重点和难点。虽然国内也有相关产品问世，但大多局限在进行系统“组装”，对于其核心技术—电力线通信芯片的设计仍然是一个空白。本文在这一背景下进行了尝试，研究如何设计电力线通信芯片。
本论文的第一部分主要介绍了电力线通信技术，偏重于理论分析。在介绍了电力线通信的背景及优势后，重点讨论了几种电力线通信方式，特别是具有优越性能的扩频通信技术。第二部分则在理论分析的基础上，详细介绍了电力线扩频载波通信芯片的设计方法。首先是提出了一种电力线扩频通信方案，然后利用系统仿真软件SystemView对其进行仿真分析，最后按照VLSI设计流程详细说明了该芯片的设计过程。
本论文的成果有：总结了电力线信道的特性，建立了其SystemView仿真模型：提出了一种采用扩频技术，可数字化实现的电力线通信方案：用理论分析和SystemView仿真，对方案的原理和性能进行了分析：提出了一种芯片设计方法，得到了设计方案的芯片版图。
本论文将层次化设计方法应用于芯片设计中，并提出利用系统仿真软件进行方案仿真和模块划分，然后再将各模块用硬件描述语言来实现。论文充分体现了理论与实践相结合的思想，将理论推导和实际电路的设计结合起来。同时，论文在介绍芯片设计的过程中，侧重于所用的设计方法和思想。但愿本人所做的这些工作能给后来者一些借鉴。
With the advantage,of convenience and money-saving,the power line carrier communication is the emphases and difficulty of communication technology. Products of this field inland are mostly just "building blocks" of electronic components. As the core technology,1C design in power line communication is still at its first step. Under this background,the need for a power line communication chip,suited to the channel character of our country,came out.
The first part of the dissertation covers power line communication technology,focus on theory analysis. After the introduction of power line communication's background and advantage,some power line communication methods were given,especially the spread spectrum technology. And in the second part,based on the theory analysis,the design method of our digital 1C was introduced. Firstly,a power line spread spectrum communication scheme was brought out and then it was simulated in system simulation software. System View. With the simulation,the detail design parameter came out. At last,following a typical VLSI design process,was the way that how the chip was designed.
Achievements of the dissertation include:The character of the power line channel was studied and its simulation model for SystemView was built. A power line communication scheme was given,whose strongpoint is Spread Spectrum and digital implement. By theory analysis and SystemView simulation,detail principle and performance of the scheme was analyzed. A new chip design method was explained and the chip layout was given at last.
The dissertation emphasized hierarchy design methodology and combination of theory and practice. It presented the use of system simulation software to divide modules,and the way how to translate modules to Verilog. Wish all the work could be helpful to the followers in chip design of power line communication.
本论文的第一部分主要介绍了电力线通信技术，偏重于理论分析。在介绍了电力线通信的背景及优势后，重点讨论了几种电力线通信方式，特别是具有优越性能的扩频通信技术。第二部分则在理论分析的基础上，详细介绍了电力线扩频载波通信芯片的设计方法。首先是提出了一种电力线扩频通信方案，然后利用系统仿真软件SystemView对其进行仿真分析，最后按照VLSI设计流程详细说明了该芯片的设计过程。
本论文的成果有：总结了电力线信道的特性，建立了其SystemView仿真模型：提出了一种采用扩频技术，可数字化实现的电力线通信方案：用理论分析和SystemView仿真，对方案的原理和性能进行了分析：提出了一种芯片设计方法，得到了设计方案的芯片版图。
本论文将层次化设计方法应用于芯片设计中，并提出利用系统仿真软件进行方案仿真和模块划分，然后再将各模块用硬件描述语言来实现。论文充分体现了理论与实践相结合的思想，将理论推导和实际电路的设计结合起来。同时，论文在介绍芯片设计的过程中，侧重于所用的设计方法和思想。但愿本人所做的这些工作能给后来者一些借鉴。
With the advantage,of convenience and money-saving,the power line carrier communication is the emphases and difficulty of communication technology. Products of this field inland are mostly just "building blocks" of electronic components. As the core technology,1C design in power line communication is still at its first step. Under this background,the need for a power line communication chip,suited to the channel character of our country,came out.
The first part of the dissertation covers power line communication technology,focus on theory analysis. After the introduction of power line communication's background and advantage,some power line communication methods were given,especially the spread spectrum technology. And in the second part,based on the theory analysis,the design method of our digital 1C was introduced. Firstly,a power line spread spectrum communication scheme was brought out and then it was simulated in system simulation software. System View. With the simulation,the detail design parameter came out. At last,following a typical VLSI design process,was the way that how the chip was designed.
Achievements of the dissertation include:The character of the power line channel was studied and its simulation model for SystemView was built. A power line communication scheme was given,whose strongpoint is Spread Spectrum and digital implement. By theory analysis and SystemView simulation,detail principle and performance of the scheme was analyzed. A new chip design method was explained and the chip layout was given at last.
The dissertation emphasized hierarchy design methodology and combination of theory and practice. It presented the use of system simulation software to divide modules,and the way how to translate modules to Verilog. Wish all the work could be helpful to the followers in chip design of power line communication.
引文
[1]黄荣辉，周明天等．电力线通讯技术研究述评[J]．计算机科学,2000,27(4)；
[2]张士文，殳国华等．低压电力线通信技术综述[J]．华北电力技术，2001，(1)；
[3]董亚波．低压电力线载波通信方式的研究[D]．杭州浙江大学，1999；
[4]高锋，董亚波．低压电力线载波通信中信号传输特性分析[J]．电力系统自动化，2000，(4)；
[5]张琳．电力线通信环境分析[J]．山东电力技术，2000，(2)；
[6]鄢新华．电力线载波通讯芯片市场与应用前景[J]．今日电子，1999,(10)；
[7]邱玉春，徐平平．低压电力线信道计算机仿真模型的设计[J]．天津电力技术，2001，(1)；
[8]Olaf C, Hooijen. A Channel Model for the Residential Power Circuit Used as a Digital Communications Medum[J]. IEEE Transactions on Electromagtic compatibility,1998.(4)
[9]樊吕信，詹道庸等．通信原理[M]．北京：国防工业出版社，2001；
[10]王士林等．现代数字调制技术[M]．北京：人民邮电出版社，1987；
[11]王秉钧等．扩频通信[M]．天津：天津大学出版社，1993；
[12]朱近康．扩展频谱通信及其应用[M]．合肥：中国科技大学出版社，1993；
[13]Marvin K. Simon. Spread Spectrum Communications Handbook. McGraw-Hill Companies inc,2002
[14]陈正石．扩频技术在电力线载波通信中的应用分析[J]．电力系统通信，1998，(1)；
[15]胡爱群，韩一明等．电力线扩频通信中窄带干扰自适应抑制技术[J]．电力系统通信，2002，23(9)；
[16]黄振．扩频系统中的数字化技术[J]．重庆邮电学院学报(自然科学版)，2001，13(1)；
[17]兰鹏，王旭东等．基于PL2000 模块的电力线扩频载波数据通信系统[J]．哈尔滨理工大学学报，2001，6，(4)；
[18]郭志财，刘同玉等．低压电力线扩频家庭自动化系统[J]．电测与仪表．2002，39(2)；
[19]马翔，冯正和等．HSP3824 扩频通信芯片的功能与应用[J]．电子技术应用，2001，(3)
[20]周鸿喜，高强等．基于STEL-2000 的配电网电力线扩频数传终端．单片机与嵌入式系统应用，2001，(10)；
[21]丁勇．用 STEL-2000A 设计扩频遥控系统[J]．电子技术应用，2001，27(1)；
[22]吴利民．软件无线电技术及其应用[M]．武汉：武汉大学出版社，2000；
[23]胡延平，孙增军等．中频数字化接收机系统设计与实现[J]．电子技术应用 2001，(7)；
[24]黄振，扬士中等．直扩系统中数字匹配滤波器的设计仿真[J]．电讯技术．2002，2；
[25]青松，程松等．数字通信系统的 SystemView 仿真与分析[M]．北京：北航出版社，2001
[26]罗卫兵，孙桦等．SystemVJew 动态系统分析及通信系统仿真设计[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2001
[27]谈宜育，卞文兵等．一种基于CORDIC算法的R-θ变换 ASICt[J]．微电子学．2000，30(3)；
[28]陈泽强，李蓬勃等．基于 FPGA 的数控振荡器设计及其性能分析[J]．山东工业大学学报，2000，30(6)；
[29]Raymond J. A survey of CORDIC algorithms for FPGA based computers[A]. In: FPGA'98[C], Proceedings of the 1998 ACM/SIGDA sixth international symposium on Field programmable gate arrays, Monterey, 1998, New York: ACM Press, 1998:191～200;
[30]Richard Schwarz. An Introduction to Linear Recursive Sequences in Spread Spectrum Systems[J]. SIGTEK Inc. 1991;
[31]Janiszewski 1, Hoppe B, Meuth H. Ultrasonics. Numerically controlled oscillators with hybrid function generators[J]. IEEE Transactions on Ferroelectrics and Frequency Control,2002; 49(7):995～1004;
[32]Walter JS. A unified algorithm for elementary functions[A]. AFIPS Spring Joint Computer Conference[C], 1997;38:379～385;
[33]张亮．数字电路设计与VerilogHDL[M]．北京：人民邮电出版社，2000；
[34]Wayne Wolf. Modern VLSI Design Systems on Silicon[M].Pearson Education, 1998;
[35]韩雁．专用集成电路没计技术基础[M]．西安：电子科技大学出版社．1999，12；
[36]SSS Online, Inc. Spread Spectrum Scene Page.http://sss-mag.com/sstopics.html
[37]直接序列扩频系统．http://www. mc21st.com/techfield/systech/ss/s05.htm
[38]罗卫兵．System View 教学网．http://systemview. home.chinaren.com/index.htm
[39]Intel. Digital Modulation Coding App note.http://www, intel.com/design/digital/applnots/
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