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一种超低功耗调制解调器的设计电池模组

时间:2022/07/29 18:55:22 编辑:

一种超低功耗调制解调器的设计

一种超低功耗调制解调器的设计 2011年12月09日 来源: 本文介绍一种采用电话线直接供电而无需外部电源的调制解调器。电话局交换机通过提供直流馈电的方式向用户供电,一般直拨电话的空载电压为48V,分机为24V。要使电话线可靠连接,即可以可靠地通话或者通信,就必须使摘机电流超过20毫安,因为只有当电话线回路的电流超过一定值,才能启动电话局相应的入网继电器。对于这20毫安,一般的电话机或者调制解调器都是直接由恒流源回流掉而不加以利用。而在电话线直接供电的调制解调器中,将充分利用这部分电能,给整个调制解调器供电,并且通过供电接口将节余的电能供给下位机。当然,这里的20毫安,是指在连接状态下,而在非连接状态下,电话线回路的电流则不能超过一定值,否则对方在与本调制解调器建立连接时会检测到忙音,从而无法建立连接。一般这个值应至少小于10mA。所以,可以利用的电能是比较有限的,选择低功耗的元器件成为实现目标的关键。1 硬件设计1.1 数据采集系统的网络结构电话线供电调制解调器实际上是一个数据采集网络中的一部分。如图1,整个数据采集网络由上位机(PC机)、本地调制解调器、远程调制解调器以及诸下位机(数据采集节点)组成,本地调制解调器和远程调制解调器通过公用电话网(PSTN)相连接。远程调制解调器即我们所研究的电话线供电调制解调器,它始终工作于被动方式,即只有当被本地调制解调器呼叫时才自动应答。本地调制解调器与远程调制解调器之间的通信协议采用ITU-V.22bis,通信速率为2400bps。远程调制解调器与下位机之间既可以通过RS-232总线相连,也可通过RS-485总线组成网络。远程数据的采集采用巡检的方式。上位机通过本地调制解调器先与远程调制解调器1建立连接,然后依次采集与远程调制解调器1相连的各下位机;接着与远程调制解调器2建立连接,采集与远程调制解调器2相连的各下位机……以此循环。也就是说,上位机定时地依次采集各地区的下位机的数据。图1 数据采集系统的网络结构1.2 调制解调器的硬件结构整个调制解调器由微控制器、调制解调芯片、RS-232和RS-485收发器、电话线接口电路(DAA)、供电电路、以及JTAG调试接口等组成。为了尽量降低系统功耗,我们选用了以下主要芯片。1)微控制器MSP430F135。最近几年,德州仪器公司(TI)相继推出了多个系列的MSP430 FLASH型16位单片机,它们的最大特色是超低功耗,特别适用于各种电池供电的智能仪表。MSP430F13X/14X是其中的一个系列,其特点有:在1MHz的工作频率下,其功耗只有280uA@2.2V,并且有多种省电模式;处理能力强大,因采用了RISC结构,指令周期最短可达125ns;片上外围资源丰富,共有6×8个I/O口,其中2×8个具有外中断功能,还具有3个定时器单元、8路12位A/D、模拟比较器等;开发方式简便高效,主程序采用FLASH ROM,通过JTAG编程接口可以反复修改程序,大大提高了开发的效率。根据对程序和RAM容量的实际需求,我们选择具有16KB FLASH和512B RAM的MSP430F135。2)调制解调芯片CMX868。CMX868是CML公司于近年推出的一款低功耗调制解调芯片,适用于远程数据采集。它支持多种协议,最高通信速率为2400bps,对应协议为ITU-V.22bis,对应调制方式为QAM。图2为其内部结构框图。另外,我们选择了功耗很低的RS-232收发器LTC1385和RS-485收发器LTC1480以及专门应用于电信领域的降压型DC/DC开关稳压器LT1676。图2 CMX868内部结构框图表1为各主要芯片功耗参数的小结。表1 主要芯片功耗参数图3为调制解调器的硬件框图。图3 调制解调器硬件框图电话线接口电路DAA主要由振铃电路和信号调理电路组成,这部分电路与调制解调芯片CMX868共同完成振铃检测以及信号的调制与解调。CMX868通过C-BUS总线与微控制器MSP430F135进行数据传输,C-BUS由类似于SPI的同步串口和片选线以及中断线组成。供电电路首先通过整流将交流电变换为直流电,然后通过DC/DC开关稳压器变换为

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