TDA5051A的工作原理及其应用

    摘要：TDA5051A是飞利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自动化专用电源调制解调芯片，通过组建家庭网络，用户可以随时随地通过家中的供电线路操控家用电器。文中介绍了TDA5051A的内部组成、管脚功能及工作原理，并给出了其典型应用电路。

    关键词：TDA5051A 家庭自动化 家庭网络

1 引言

随着科学技术的发展，人们在成功开发并应用了工业自动化和办公自动化后，又将目前转移到了与生活信息相关的家庭中，所谓家庭自动化，顾名思义就是指在住宅内将各种家用设备通过网络联在一起，在中心控制计算机的管理和控制下，依照主人的旨意，使各种家电设备相互配合，各负其责，实现家务劳动和家庭管理的高度自动化，为家庭各成员提供尽可能的服务。家庭自动化的对象不仅包括各种电气厨房设施、音视频设备，还包括空调、保安系统、火警系统、照明系统以及未来的家庭办公娱乐系统。如何将家用设备组成网络进行数据通信是家庭自动化技术研究的一个重要课题。目前国际上也制定了与家庭自动化相关的开放式标准CEBus和一系列规范，规范中给出了家庭网络的不同媒体传输技术，若采用传统的铺设专门电缆线的方法，则电缆线的安装和维护费用较高，而且不便于分支、连线；而采用电力线作为通信媒体则不需另外布线，可直接利用已有电力线网络进行通信，并且线路可以遍布建筑的各个角落，非常便于与其他智能家电设备集成，实现家庭自动化，因此这种技术方法具有无可比拟的优点。文中介绍了家庭自动化专用MODEM芯片TDA5051A，它是飞利浦公司最新推出的一款高度整合的家庭自动化专用电源调制解调芯片。该芯片是专为通过电力线或路或任何双线直流电、交流电线进行数字信号传输而设计的，用于家庭自动化系统中家庭智能控制器与电力线及电力线与家用电器设备之间提供介面连接，使家庭用户可以随时随时通过家中的供电线路控制每一个家用电器。

2 TDA5051A的工作原理

TDA5051A是一个电源专用调制解调器芯片，主要用在ASK调制方式、波特率为600或1200的家庭电力载波网络中，采用5V单电源供电，符合EN50065-2对免受电磁波干扰影响的严格规定。该芯片采用互补金属氧化物半导体（CMOS）结构，具有低功耗、高可靠性以及温度稳定等特性。可直接与微处理器的TTL/CMOS电平引脚相接，芯片内置时钟电路，时钟电路的输出引脚可为微处理器提供计时功能。TDA5051A引脚排列如图1所示，引脚功能如表1所列。

表1 TDA5051A引脚功能

TDA5051A内部电路原理框图如图2所示。由图中可以看出，其内部电路由ROM存储器、D/A转换器、A/D转换器、逻辑控制器、振荡器、数字解调器、数字带通滤波器、电源及计数器等部分组成。

TDA5051A有发送和接收两种工作模式，另外为了方便系统调试还专门设计了测试功能。在发送模式下，数字信号通过DATAIN引脚输入到芯片内部，考虑到外部环境的变化，为获得更好的稳定性，芯片的载波频率可由微处理器控制，也可由芯片本身的振荡器产生。由DATA IN引脚输入的信号经过模拟调制后，再由特定电路进行整形，这样可以很好的抑制干扰，提高抗干扰能力。最后再将信号由模拟信号发送端TXout(10脚)直接送出。在接收模式下，模拟信号接收端RXIN（14脚）接收到模拟信号以后，由D/A转换器换为数字信号，再经数字带通滤器滤波和数字解调器解调后，先由数字信号输出端DATA IN（2脚）输出。模拟信号接收端RX IN（14脚）内置了一个（-6～+30dB）自动增益放大器，使接收到的模拟信号始终处在数字解调器的灵敏区，以提高抗干扰能力，降低误码率。

    需要注意的是，在发送模式中，电路的接收部分仍然有效，并且能够接收和识别传输的信号。

3 在组建家庭网络系统中的应用

采用电力线组建家庭自动化网络时，网络的拓扑结构为总线型，系统结构如图3所示。系统由一个主控单元、220V电力线传输通道和若干并接在电力线上的受控单元组成，全部采用单片机为中心处理器。一个主控单元可控制多个受控单元，主控单元负责发出控制命令，命令中含有地址信息和控制信息，经TDA5051A调制后通过电力线传输到各受控单元，受控单元接收到信息后，核对地址，只有当收到的地址与自身的地址相符并校验无误后，才按照接收到的命令控制设备工作，并向主控单元回送信息。TDA5051A与单片机的接口电路及TDA5051A与电力线的接口电路如图5所示。

4 结束语

重点介绍了TDA5051A的工作原理，以及利用TDA5051A如何组建家庭网络，限于篇幅，未能涉及通信及软件编程。需要注意的是，利用TDA5051A组建家庭网络实现数据通信时，应在同一相线上挂接家电设备，以获得最好的通信效果。