IEEE 1901.2 So nutzen Sie den Multi-Powerline-Standard IEEE 1901.2

Autor / Redakteur: Werner Reis * / Margit Kuther

Endlich ist er verabschiedet, der neue Multi-Standard für Powerline-Kommunikation für Smart Grids. Doch wie lässt er sich einsetzen?

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SM8400: Referenzdesign-Modul mit SM2400
SM8400: Referenzdesign-Modul mit SM2400
(Bild: Codico)

Das IEEE, der weltweit größte Verband zur Förderung von Technologien, hat den Standard IEEE 1901.2 verabschiedet – im Original: “Standard for Low-Frequency (less than 500 kHz) Narrowband Power-Line Communications for Smart-Grid Applications”.

Der Standard wurde entwickelt, um sichere Powerline-Kommunikation (PLC) mit Datenraten von bis zu 500 kBit/s und Übertragungsfrequenzen von maximal 500 kHz zu spezifizieren.

Da sich mehrfach gravierende Änderungen im IEEE 1901.2 ergeben haben, hat es lange gedauert, bis die Halbleiterhersteller Schaltkreise entwickeln konnten, welche in der Lage sind, alle im neuen Standard definierten Frequenzen, Modulationsverfahren, Sicherheitsaspekte und andere Funktionen zu unterstützen. Mit dem SM2400 (-> siehe Bildergalerie) ist Semitech Semiconductor nun einer der ersten Hersteller weltweit, der einen IEEE 1901.2 konformen Chip liefern kann.

SM2400 von Semitech für IEEE-1901.2-Anwendungen

Der SM2400 kombiniert ein kosteneffektives, für N-PLC optimiertes Design mit einem hohen Grad an Programmierbarkeit und ermöglicht es damit, eine Vielzahl von Kommunikationsmöglichkeiten und sich kontinuierlich entwickelnden Standards zu adressieren. Der Chip unterstützt neben dem neuen IEEE-1901.2-Standard auch die bisher existierenden wie PRIME, G3-PLC, CTIA/EIA709.2, usw. und kann zudem flexibel auf kundenspezifische Anforderungen angepasst werden.

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Er eignet sich damit für alle Arten von Anwendungen, u.a. in der Energiewirtschaft, bei der Industrie-Automatisierung, im Transportsektor, für Straßenbeleuchtung, Bergbau, Medizintechnik und viele weitere Anwendungsbereiche.

Der Chip besitzt eine Dual-Core-Architektur, wobei ein digitaler Signalprozessor die N-PLC-PHY-Funktionen abdeckt und der zweite 32-Bit-Kern die Data-Link-Layer-Funktionen wie IEEE 1901.2, G3-PLC, PRIME, IEC61334-4-32 und auch die IP Anpassungsschichtfunktionen IPv4 und 6LoWPAN sowie die AES256-Bit-Verschlüsselung bearbeiten kann.

Neben den beiden Prozessorkernen enthält der SM2400 einen analogen Bereich mit Digital-Analog-Wandler, Analog-Digital-Wandler, programmierbaren Verstärkern, Operationsverstärkern und Phasen-Nulldurchgangserkennungsschaltung. Ein Blockschaltbild des SM2400 finden Sie in der Bildergalerie.

Die technischen Daten des SM2400

Der SM2400 arbeitet im Frequenzbereich von 5 kHz bis 500 kHz und unterstützt damit CENELEC, FCC und ARIB-Band-Anwendungen. Als Modulationsverfahren sind FSK, OFDM, differentielle und kohärente BPSK, QPSK, 8PSK und kohärente 16 QAM als Subträgermodulation konfigurierbar. Bei Auswahl der maximal möglichen Anzahl an Trägerfrequenzen und bestmöglichem Modulationsverfahren kann eine Bruttodatenrate von 500 kBit/s erreicht werden.

Als Fehlerkorrekturverfahren sind Convolutional, Reed-Salomon und Viterbi-Faltungscodes wählbar. Indikatoren für die Empfangsfeldstärke (RSSI) sowie für die Link-Qualität (LQI), eine Signal-zu-Rausch-Abstandsmessung (SNR) und eine zyklische Redundanzprüfung CRC16 sind weitere Funktionen des SM2400.

Auf der Basis des SM2400 ist ein Referenzdesign-Modul mit der Bezeichnung SM8400 (-> siehe Bildergalerie) verfügbar.

Referenzdesign-Modul SM8400 mit SM2400

Das Modul SM8400 enthält neben dem AFE031 als Leitungstreiber die Sende- und Empfangsfilter, eine Schutzbeschaltung und einen Signaltransformator zur Einkopplung des PLC-Signals in die 230V-Leitung. Weiterhin enthält das Modul eine Spannungsregelung, ein Boot-Flash sowie einen Oszillator. Das SM8400 ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich mit jeweils angepassten Filtern für die unterschiedlichen CENELEC-Bänder bzw. für FCC-Anwendungen.

Zur einfachen und detaillierten Evaluierung von Schmalband-Power-Line-Kommunikation im Zusammenhang mit dem SM2400 gibt es auf der Basis des SM8400-Moduls das Entwicklungsboard SM9400 (-> siehe Bildergalerie). Dieses beinhaltet die Stromversorgung, Status-LEDs, Signaleinkopplung und die Anbindung an einen PC über miniUSB- Schnittstelle.

Die umfangreiche Software KoalaConfig GUI (-> siehe Bildergalerie) mit grafischer Benutzeroberfläche zur Konfiguration, Bedienung und zum Testen der verschiedenen Möglichkeiten des SM2400 runden das SM9400-EVM ab.

* Werner Reis ist Product Manager beim Distributor Codico

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