Идея использования шины питания для передачи информации появилась достаточно давно. Примером ее реализации является технология AC-PLC (Power Line Communication), в которой используются линии переменного напряжения, например, высоковольтные ЛЭП. Вместе с тем интерес представляет и технология PLC-DC, где, как несложно догадаться, предполагается использование линий постоянного напряжения. В частности, компания Yamar предлагает приемопередатчики SIG60 и SIG61, которые позволяют передавать данные на скоростях до 115.2 кбит/с по существующим цепям питания в автомобилях, самолетах, системах сигнализации и т. д.
 |
|
| Рис. 1. | Приемопередатчики SIG60 от компании Yamar. |
Организация каналов передачи данных не всегда представляется простой задачей. Конечно, если речь идет о небольших расстояниях и малом уровне помех, то для этих целей подойдут традиционные высокоскоростные интерфейсы SPI, I2C, UART. Если же длина линий связи оказывается значительной, то их использование становится невозможным. Это связано как с уровнем затухания полезного сигнала, так и с возможными наводками. Чтобы решить эти проблемы, можно перейти на беспроводные технологии или воспользоваться одним из популярных промышленных интерфейсов (CAN, RS422/485, LIN).
К сожалению, беспроводные интерфейсы не всегда могут обеспечить необходимый уровень надежности. Речь идет, например, об ответственных автомобильных приложениях, авиационных системах и им подобных. Для таких случаев применение проводных шин является практически безальтернативным.
Популярные промышленные интерфейсы (CAN, RS422/485, LIN), без сомнения, доказали свою надежность, гибкость и относительную простоту использования. Вместе с тем, есть у них недостаток – они требуют наличия дополнительных линий связи (Рис. 2). Например, для построения шины CAN или RS422/ 485 придется заложить в кабель еще два проводника. При использовании LIN необходим один дополнительный проводник.
 |
|
| Рис. 2. | Организация популярных шин передачи данных. |
Таким образом, для построения физического канала передачи данных потребуется три или четыре линии. Однако число проводников можно сократить до двух, если передавать информацию по линям питания. В таком случае для связи устройств потребуется всего пара проводов. В частности, этот подход применяется в технологии PLC-DC (Рис. 3). Примером такого решения являются приемопередатчики SIG60 и SIG61 от компании Yamar.
 |
|
| Рис. 3. | Построение информационной шины пожарной сигнализации на базе SIG60. |
SIG60 – приемопередатчик второго поколения, используемый для обмена данными по линиям питания со скоростями от 9600 бит/с до 115200 бит/с (Рис. 4).
 |
|
| Рис. 4. | Внешний вид приемопередатчика SIG60 от Yamar. |
Принцип работы приемопередатчика SIG60 оказывается достаточно простым (Рис. 5). Вначале SIG60 получает по UART данные от управляющего микроконтроллера. Далее он модулирует их с помощью высокочастотного сигнала (1.75/ 4.5/ 5.5/ 6/ 6.5/ 10.5/ 13 МГц) и специального алгоритма, после чего посылает модулированный сигнал по шине питания. На стороне приемника происходит демодуляция и выделение исходной последовательности данных. Интересно, что с одной и той же шиной могут одновременно работать несколько групп устройств с различными частотами модуляции.
 |
|
| Рис. 5. | Упрощенная схема включения приемопередатчика SIG60 от Yamar. |
С помощью SIG60 можно реализовать любые UART/LIN-протоколы на базе существующих линий питания. При этом, если верить обещаниям инженеров Yamar, скорость передачи данных окажется в пять раз выше, чем в традиционном LIN.
Кроме микросхемы SIG60, компания Yamar предлагает также ведомый приемопередатчик SIG61. SIG61 имеет в своем составе 8 входов и 8 выходов, управлять которыми можно с помощью команд от ведущего SIG60. Адрес каждого SIG61 задается четырьмя входами ID. Таким образом, на шине одновременно может присутствовать до 16 ведомых устройств, работающих с одной частотой модулирующего ВЧ-сигнала.
Дополнительными преимуществами приемопередатчиков SIG60 являются малогабаритный корпус QFN-28 (6×6×0.85 мм) и наличие режимов пониженного потребления.
Приемопередатчик SIG60 может находиться в одном из трех рабочих режимов:
- активный режим с возможностью передачи и приема данных (Normal mode);
- спящий режим пониженного потребления (Sleep mode);
- режим ожидания (Standby mode).
Переход в спящий режим можно выполнить двумя способами. Во-первых, при подаче управляющим микроконтроллером сигнала «0» на вход nSleep. Во-вторых, с помощью активации функции автоматического сна AutoSleep. В последнем случае переход в режим пониженного потребления выполняется, если шина была неактивной в течение 8 секунд.
Даже находясь в состоянии сна, SIG60 пробуждается каждые 32 мс, чтобы проверить, не пришло ли пробуждающее сообщение по шине (wakeup message). Проверка длится в течение 1.5 мс. Если пробуждающее сообщение поступило, то SIG60 формирует высокий уровень на выводе INH, тем самым, сообщая управляющему процессору о пробуждении. Дальнейшие действия целиком зависят от процессора, а приемопередатчик переходит в режим ожидания.
SIG60 можно вывести из состояния сна и другими способами: по сигналу от управляющего контроллера (вход nSleep) и по сигналу от внешнего включателя (вход Wake).
Использование спящих режимов Sleep mode и Standby mode оказывается весьма эффективным. Так, например, в активном состоянии SIG60 потребляет 40 мА при приеме данных, а при передаче потребление возрастает до 50 мА. При нахождении в спящем режиме ток снижается до 260 мкА, то есть уменьшается в 200 раз.
К сожалению, приемопередатчики SIG60 и SIG61 не лишены недостатков, среди которых стоит отметить относительно высокую стоимость, сложность схемной реализации, ограниченный диапазон рабочих температур. Так, например, в партиях до 1000 штук цена SIG60 оказывается около $5. Стоимость SIG61 в партиях до 260 штук составляет более $5.5. В то же время традиционные приемопередатчики CAN или RS485 стоят гораздо дешевле.
Узкий температурный диапазон (0…+70 °C или –40…+85 °C) ограничивает область применения микросхем SIG60 и SIG61 в автомобильной и авиационной отрасли, где они могут быть наиболее востребованы.
Говоря о сложности схемной реализации, в первую очередь имеется ввиду наличие большого количества дополнительных компонентов в типовой схеме включения (Рис. 6). Если же использовать полный функционал приемопередатчиков (в том числе спящие режимы), схема окажется еще сложнее.
 |
|
| Рис. 6. | Рекомендованная схема включения приемопередатчика SIG60. |
Тем не менее, не смотря на перечисленные недостатки, можно смело утверждать, что данные микросхемы будут популярны в тех приложениях, где экономия на кабеле или невозможность его прокладки будут решающими факторами. Среди типовых приложений для SIG60 и SIG61 можно отметить:
- охранные системы;
- автомобильные приложения;
- авиационные системы;
- электромобили и т. д.
Для проведения испытаний и для ознакомления с возможностями микросхемы SIG60 можно использовать отладочный набор SIG60 Evaluation Board (Рис. 7). Данный набор поддерживает работу с напряжениями питания 10...36 В и содержит на борту все необходимые компоненты для подключения к силовой шине. Для связи с компьютером используется дополнительный RS232-USB конвертор SIG60 USB Interface (Рис. 8). Если использовать пару отладочных наборов и конверторов, можно без проблем организовать соединение между двумя ПК.
 |
|
| Рис. 7. | Отладочный набор SIG60 Evaluation Board. |
 |
|
| Рис. 8. | Внешний вид RS232-USB конвертора SIG60 USB Interface. |
Отдельно стоит отметить, что для ознакомления с возможностями микросхем ведомых приемопередатчиков SIG61 также существует отладочный набор.
Характеристики приемопередатчика SIG60:
- частота передачи данных: 9600...115200 бит/с;
- частота модуляции: 1.75/ 4.5/ 5.5/ 6/ 6.5/ 10.5/ 13 МГц;
- интерфейс с управляющим микроконтроллером: UART;
- потребляемый ток в активном режиме (типовой): 40 мА (прием), 50 мА (передача);
- потребление в режиме сна: 260 мкА;
- напряжение питания: 3.3 В;
- диапазон рабочих температур: 0…+70 °C (Comercial), –40…+85 °C (Industrial);
- корпус: 6×6×0.85 мм QFN-28.
О компании
Yamar – израильская компания, основанная в 1994 году и специализирующаяся на производстве микросхем и решений для передачи данных по линиям питания (Power Line Communication, PLC). Приемопередатчики Yamar работают как с сетями переменного напряжения (технология AC-PLC), так и с шинами постоянного напряжения (технология DC-PLC).
Посмотреть более подробно технические характеристики приемопередатчиков Yamar
