ZHCAD49 September 2023 THVD8000 , THVD8010
2 什么是 Powerbus？
在比較傳統(tǒng) RS-485 與 Powerbus 之前，需全面了解 TI Powerbus 的理論基礎。首先來了解一下 OOK 調(diào)制方案以及物理調(diào)制器和解調(diào)器，看看數(shù)據(jù)是如何編碼和解碼的。然后探究物理收發(fā)器以及收發(fā)器在總線上的工作方式。最后，探討外部耦合網(wǎng)絡及其提供的功能。
OOK 調(diào)制也稱為開關鍵控，是幅移鍵控 (ASK) 的一種極其簡單的形式，它表示的是存在或不存在載波信號的數(shù)字數(shù)據(jù)。在 TI 的 Powerbus 中，通過采用較低速率的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸并發(fā)送較高頻率（至少是數(shù)據(jù)速率的 10 倍）的 OOK 調(diào)制信號，可以進一步實現(xiàn)這一點，其中載波信號的存在表示邏輯低電平（二進制值 0），載波信號的缺失表示邏輯高電平（二進制值 1）。
| 輸入位 | Powerbus OOK 輸出 | Powerbus OOK 輸入 | 輸出位 |
|---|---|---|---|
| 0 | 調(diào)制頻率下的載波有效 | 調(diào)制頻率下的載波有效 | 0 |
| 1 | 總線空閑 – 無有效載波 | 總線空閑 – 無有效載波 | 1 |
圖 2-1 THVD80x0：調(diào)制和解調(diào)通過 THVD8000 或 THVD8010 上的設置電阻來選擇調(diào)制頻率。THVD8000 的調(diào)制頻率范圍為 125kHz 至 5MHz，而 THVD8010 的調(diào)制頻率范圍為 125kHz 至 300kHz，但對噪聲的敏感度低于 THVD8000。
圖 2-2 THVD8000 調(diào)制頻率與設置電阻值間的關系OOK 信號的解調(diào)遵循與調(diào)制信號相同的邏輯，但順序相反。解調(diào)器通過使用集成式變頻帶通濾波器來實現(xiàn)這一點，該濾波器通過與之前相同的設置電阻進行控制，以便做好充分準備，以正確的頻率接收數(shù)據(jù)。其中一個重要的細微差別是變頻帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù) (Q0) 值較低，這意味著其通帶較寬 – 之所以這樣，是因為調(diào)制器本身對信號的載波頻率有 ±25% 的容差 – 因此濾波器本身并不十分挑剔，并且在一條總線上使用多個 OOK 頻率會導致通信問題，通常不建議這樣做。
了解調(diào)制器和解調(diào)器后，就可以更詳細地探究收發(fā)器本身。
圖 2-3 THVD80x0：功能方框圖功能方框圖顯示 Powerbus 器件可分為三組。首先是面向數(shù)字控制臺的引腳（D、MODE 和 R），用于對器件進行控制，并允許向收發(fā)器控制器傳輸數(shù)據(jù)以及從中接收數(shù)據(jù)。D 和 MODE 引腳是標準邏輯輸入端，與傳統(tǒng) RS-485 器件通用的其他邏輯輸入端相同：輸入高電平為 2V 或更高，輸入低電平為 0.8V 或更低。D 是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，MODE 是對器件的控制，其中邏輯高電平可將器件置于發(fā)送器模式，而邏輯低電平可將器件置于接收器模式。其次是調(diào)制器和解調(diào)器 – OOK 調(diào)制和解調(diào)方案物理集成到器件的這個位置，其功能如前所述。最后是面向收發(fā)器總線的實際引腳 A 和 B。除了輸入閾值（由于調(diào)制方案的原因）外，該前端的所有其他方面均符合 RS-485 標準。因此它不會對傳統(tǒng) RS-485 總線產(chǎn)生負面影響，但它無法與線路上的其他器件通信。
外部耦合網(wǎng)絡可以說是 Powerbus 設計中最重要的方面之一，因為它允許在同一條總線上傳輸電力和數(shù)據(jù)。
圖 2-4 THVD80X0 簡化版原理圖（圖中所示為 THVD8010）每個節(jié)點的耦合網(wǎng)絡均由 2 個電容器和 2 個電感器組成。在 THVD80X0 簡化版原理圖（圖中所示為 THVD8010）中，C1、C2、L1 和 L2 表示第一個 THVD8010 的耦合網(wǎng)絡，而 L3、L4、C3 和 C4 表示第二個 THVD8010 的耦合網(wǎng)絡。概括來說，共享總線背后的理念是頻分多址 (FDMA)，其中數(shù)據(jù)信號的頻率遠高于電源信號的頻率（電源信號頻率要么為 0Hz（直流），要么為低頻交流 (50Hz–60Hz)），并且每個目標器件的預期負載都可以濾除無用信號。實際上，這意味著網(wǎng)絡中的電容器對 THVD8000 或 THVD8010 應具有低阻抗，但對電源信號應具有高阻抗，從而使收發(fā)器僅與數(shù)據(jù)信號本身交互。相反，電感器必須對電源信號具有低阻抗，這樣電源信號在通過時才不會有太大的衰減；而對 OOK 數(shù)據(jù)信號具有高阻抗，以防止收發(fā)器過載并幫助防止電源或負載上的噪聲。假設電源和電源負載具有大容量電容，以幫助為 OOK 信號創(chuàng)建交流 接地 – 使用交流電源（而不是更簡單的直流電源）時，這是一個重要的考慮因素。電容器和電感器的大小根據(jù)以下公式確定，這些公式假定系統(tǒng)已正確端接（兩個 120Ω 終端，每個終端節(jié)點各一個）。
電容器的大小設定為每個節(jié)點上的最小允許電容在調(diào)制頻率下為 5Ω。如果不遵循此過程，數(shù)據(jù)信號的衰減會更大。該值可以低于 5Ω，但不能高于 5Ω。
電感器設置每個所用電感器的最小有效電感值（例如，如果有 2 個節(jié)點和 4 個電感器，則每個節(jié)點和電感器至少需要 Lmin）。N 是同一總線上其他 Powerbus 節(jié)點的數(shù)量。在 N 值較小的情況下，電感值不會受到收發(fā)器負載的影響，但隨著 N 的增大，它將成為計算的重要部分。這樣一來，總線的共模負載就等于或大于 375Ω，這相當于 32 個單位負載的近似共模負載，即 RS-485 允許的最大值。該公式僅給出有效電感（因為電源電流會導致降額），確保運行期間有效電感處于這一電平至關重要。其他電感器參數(shù)取決于電源系統(tǒng)需求，而不是 THVD8000 或 THVD8010 的需求。
耦合網(wǎng)絡最終用作濾波器，而調(diào)制方案是一種可在與電源信號相同的線路上進行可靠通信的方案。THVD8000 或 THVD8010 的運行不需要該網(wǎng)絡，但需要該網(wǎng)絡來保護自身免受潛在破壞性電源信號的影響，并防止總線過載。
這份關于 Powerbus 可能的修改的列表并非詳盡無遺，但確實顯示了標準 Powerbus 應用背后的基本設計原理。