PLC - komunikacja nie tylko dla liczników mediów
| TechnikaST8500 to pierwsze na rynku rozwiązanie modemu komunikacyjnego w standardzie PLC (powerline communication), a więc wykorzystującego do transmisji danych przewody zasilające sieci energetycznej, które jest zgodne ze specyfikacją G3-PLC CENELEC B definiującą zastosowania nie tylko w zakresie inteligentnego opomiarowania i liczników mediów, ale także w zakresie aplikacji przemysłowych, rozwiązań smart cities, oświetlenia ulicznego, transportu szynowego oraz aplikacji energii odnawialnej.
Jako uzupełnienie platformy sprzętowej ST oferuje certyfikowane na zgodność biblioteki oprogramowania stosu komunikacyjnego dla wszystkich standardów PRIME (od 1.3.6 do 1.4) obsługujące wszystkie pasma częstotliwości zgodne z CENELEC EN50065 i FCC. W każdym przypadku stos realizuje zaawansowane algorytmy kierowania pakietami (routingu), aby zapewnić maksymalny zasięg w sieciach rozległych budowanych w standardzie PLC.
Elastyczność i znakomite parametry
ST8500 to rozwiązanie sprzętowe w pełni programowalne. Zawiera specjalizowaną jednostkę procesora sygnałowego DSP taktowaną zegarem 400 MHz i pozwalającą w czasie rzeczywistym przygotowywać sygnał do transmisji, a więc zajmującą się modulacją i kodowaniem w wybranym standardzie PLC.
Uzupełnia ją wbudowany 32-bitowy mikrokontroler ARM Cortex M4F taktowany zegarem 200 MHz odpowiedzialny za realizację wyższych funkcji protokołu oraz funkcje systemowe. Jest wspomagany zmiennoprzecinkowym koprocesorem matematycznym (FPU).
Dzięki temu jeden układ może zostać zastosowany w produktach sprzedawanych na wielu rynkach, a więc lokalne uwarunkowania prawne takie jak poziomy mocy, pasma częstotliwości pracy nie są w tym przypadku ograniczeniem, gdyż mogą one zostać zdefiniowane programowo.
To samo dotyczy możliwości rozbudowy funkcjonalności modemu w przyszłości po to, aby obsłużyć nowe wymagania lub dopasować się do zmian formalnych, jakich jeszcze nie znamy. Warto zauważyć, że wymiana oprogramowania firmware może zostać wykonana zdalnie (tzw. remote update), a więc w miejscu instalacji bez konieczności demontażu i przesyłania produktu do serwisu.
Mikrokontroler nadzoruje też pracę wszystkich jednostek funkcjonalnych modemu, steruje zasilaniem i pracą watchdoga, komunikacją z systemem zewnętrznym za pomocą GPIO (24×), USART (2×), SPI i I²C.
Zawiera 256 kB pamięci SRAM na kod firmware i 96 KB na dane. Jest też specjalny obszar pamięci OTP (One Time Programmable), gdzie można zapisać klucz szyfrujący, numer seryjny i dane identyfikujące. Są też generatory liczb losowych (pseudo i true) a także kalkulator sum kontrolnych CRC.
Bogate wyposażenie
Układ ma ponadto wbudowane obwody niezbędne do realizacji aplikacji z obszaru smart metering, w tym 256-bitową jednostkę kryptograficzną AES oraz kompletny układ wejściowy tzw. Analog Front End, który do współpracy z linią energetyczną wymaga dołączenia jedynie za pomocą drivera STLD1 (wzmacniacza mocy ukształtowanego sygnału analogowego zapewniającego wymagany zasięg komunikacji).
Częścią AFE jest wzmacniacz o programowalnym wzmocnieniu (PGA), przetwornik analogowo-cyfrowy i cyfrowo-analogowy (ADC i DAC), układ wykrywania zera w napięciu sieci. Pasmo AFE wynosi 500 kHz, a więc jest na tyle szerokie, że bez problemu można zapewnić zgodność z wymaganiami komitetów normalizacyjnych takich jak CENELEC (Europa), FCC (USA) oraz ARIB (Japonia).
Wydzielenie drivera do osobnego układu pozwala prosto osiągnąć znakomite parametry jakościowe komunikacji, w tym wysoką liniowość w szerokim zakresie napięć wyjściowych modemu (od 18 V w trybie niesymetrycznym do 36 V w trybie różnicowym) i odporność na zakłócenia oraz szumy. Driver jest zabezpieczony termicznie, a prąd w obwodzie wyjściowym jest monitorowany.
Jest zasilany pojedynczym napięciem 8...18 V, a maksymalna wydajność prądowa sięga 1,5 A. Ma on znakomite parametry intermodulacyjne (IM3=-71 dB, zarówno in band, jak i out band) oraz duży zakres dynamiczny (SFDR=65 dBc).
Modem pobiera mniej niż 100 mW mocy w trybie odbioru, dzięki czemu spełnia najbardziej surowe wymagania efektywności energetycznej stawiane aplikacjom przemysłowym i rozwiązaniom z obszaru inteligentnego opomiarowania. ST8500 jest wytwarzany w obudowie QFN56 o wymiarach 7×7 mm, a układ drivera STLD1 dostarczany jest w obudowie QFN24 4×4 mm. Układ może pracować w temperaturze od -40 do +105ºC, co pozwala na zastosowania profesjonalne.
Modem ST8500 wymaga zasilania +3,3 V do linii IO i obwodów analogowych, z tym że napięcie to jest wewnętrznie obniżane do 2,5 V za pomocą wewnętrznego stabilizatora. Część cyfrowa zasilana jest ze źródła 1,1 V.
Doświadczenie producenta
Warto dodać, że tematyką komunikacji z wykorzystaniem sieci energetycznej STMicroelectronics zajmuje się już ponad 20 lat i firma jest członkiem wszystkich znaczących stowarzyszeń zajmujących się rozwojem tej technologii, w tym G3-PLC, PRIME oraz Meters and More. W ciągu tych lat ST sprzedał ponad 100 mln układów modemowych, dzięki czemu ma najwyższe w branży poziom kompetencji i wiedzy.
