硕士论文基于FSK的电力载波通信SoC芯片设计与验证.pdf

分类号学号 M201072033
学校代码 10487 密级



硕士学位论文


基于 FSK 的电力载波通信 SoC
芯片设计与验证





学位申请人: 刘洋
学科专业: 集成电路工程
指导教师: 缪向水教授
答辩日期: 2012 年 5 月 18 日
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering



Design and Verification of Power Line
Communication SoC chip Based on FSK




Candidate : Liu Yang
Major : IC Engineering
Supervisor : Prof. Miao Xiangshui



Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P. R. China
May, 2012
独创性声明

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的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他
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日期: 年月日



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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学硕士学位论文
摘要
电力线通信是以无处不在的电力线缆为传输媒介,具有低投资、高回报、建网
及维护简单等突出优点,广泛应用于智能电网、工业控制、智能家居、安防监控等
领域,有着巨大的市场。国外在电力线载波通讯技术上研究早、技术强,但是在国
内的特殊的电网特性、电力结构等因素影响下,国外电力载波通信芯片在国内并没
取得很大成功。而国内现有的电力载波通信芯片普遍存在通信速率低、通信频率以
及通信功率不达标等缺陷。因此本文旨在设计一种高效可靠的调制解调方式,并应
用到自带 MCU 的电力载波通信芯片中去。
文中介绍了设计 FSK 调制解调器所用到的通信算法原理以及实现形式,其中包
括基本的调制解调算法频移键控(FSK), 检错纠错算法循环冗余码校验(CRC)与
差错控制编码(ECC),以及伪随机算法扰码器(Scrambler)。这些算法的引入有效
的提高了通信时的可靠性、准确率以及抗干扰能力。在设计时,根据测试结果发现,
传输错误经常是以一段连续方式出现,所以本文引入了 Interleave 算法与 ECC 有机
结合,增强了 ECC 的纠错能力。
根据算法设计,本文完成了 FSK 调制解调器 IP 的设计,在功能仿真正确后将其
集成于电力载波通信 SoC 芯片中。接着对整个 SoC 设计进行验证,包括功能仿真、
静态时序分析、形式验证以及后端设计的 DRC 和 LVS 等验证方式。最终完成了 SoC
芯片的版图设计,并交由中芯国际代工生产,最后封装测试。测试结果表明芯片能
够正常工作,性能上已经和甚至更优,而本文所设计
的芯片具有更低的成本和更快的传输速率,所以具有更强的竞争力。

关键词:电力载波通信 SoC FSK 调制解调器 MCU 验证
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
By using existing power lines as its transmission channel, power munication
(PLC) has the advantage of high reliability, low cost but high returns and its construction
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