MI200E-AP-Note-V1.5
MI200E 低压电力线载波通信芯片
应用笔记
Revision History
目录
1 概述 (5)
2 性能参数 (6)
3 硬件设计 (7)
3.1 典型应用原理图 (7)
3.2 电源电路 (9)
3.3 电力线耦合电路 (10)
3.4 发送滤波器 (11)
3.5 接收滤波器 (13)
3.6 SPI接口 (14)
3.7 复位电路 (14)
3.8 晶振电路 (15)
3.9 过零检测 (15)
3.10 发送/接收波形 (16)
3.11 PCB 设计 (18)
4 软件设计 (22)
4.1 寄存器设置 (22)
4.2 主程序设计 (23)
4.3 初始化设置 (24)
4.4 发送程序 (25)
4.5 接收程序 (27)
4.6 其他 (28)
1 概述
MI200E是一款针对低压电力线环境优化设计的高性能通信芯片。内部集成了诸如多阶开关电容滤波器，高效数字放大器，CRC-16硬件校验等多种电路。由于MI200E是一款数模混合芯片，因此在进行软硬件设计时都必须遵循一定的准则。
在进行外围电路设计时，在电源电路，耦合电路与信号滤波电路的参数设定与器件选择，PCB设计上都必须仔细考虑。而在进行软件开发时，如何正确设置MI200E的寄存器，才能让通信可靠，也是需加以注意的。
为了缩短用户的产品开发周期，同时更好地发挥MI200E优秀的通信性能，本文将从硬件设计与软件设计两方面入手，详细说明如何来设计一个典型的基于MI200E的通信方案。
2 性能参数
MI200E的性能参数见表1，并请参考MI200E的数据手册。
表1：MI200E性能参数表
注：(A VDD=DVDD=+5V, PGND=AGND=DGND=0V, -40℃≤Tamb≤+85℃, 特殊指定除外)
3 硬件设计
3.1 典型应用原理图
图1为MI200E的典型应用原理图。
C11
MI200E的外围电路可分为：
－电源电路
－电力线耦合电路
－发送滤波电路
－接收滤波电路
－SPI接口电路
－复位电路
－晶振电路
－过零电路
由于MI200E集成了如数字功放、带通滤波器等电路。外围电路简单，元器件清单见表2。
3.2 电源电路
MI200E的电源部分引脚如下:
●DVDD DGND （数字电源）
●A VDD AGND （模拟电源）
●PGND （功率地）
供电回路原理图见图2。
在芯片的实际应用中，这三组电源均使用单5V供电，PGND和DGND采用一点接地，DGND和AGND经过0欧姆电阻（R37）连接，DVDD和A VDD经过磁珠（L7）和退耦电容（C9与C32并联）形成的LC退耦电路连接。
Vref（第22脚）为内部参考电压，其主要作用是产生一个A VDD/2的稳定电压，供芯片内部的运放使用。Vref需要经过C10与C33并联退耦到AGND。
DVDD加上一个滤波电容(C8)。
功率电源(PVDD)和数字电源(DVDD)在芯片内部分开，但在管脚上和数字电源邦定到一起。Array图2
注：由于MI200E具有较高的接收灵敏度，因此在电源的设计时应尽可能地降低电源纹波幅度。电源噪声
将影响整体通信效果。
3.3 电力线耦合电路
MI200E的发送、接收均采用差分方式，通过信号耦合变压器，在电力线上接收或发送信号。MI200E 的电力线耦合电路如图3所示。
推荐使用的器件参数如下：
R34： 2.2 MΩ
R35：10D 681（压敏电阻）
C31：根据不同载波频率，做相应调整，见表3。
L6：磁珠
D1：P6KE6.8CA
D2：P6KE10CA
在T1的初级与次级，都需加上一个TVS保护管，避免在线路上有高压脉冲冲击时损坏后端器件。
信号耦合变压器T1建议采用19:13 的匝数比，MXO-2000 材料。
D1
AC_N
T1
图3
3.4 发送滤波器
MI200E的外围发送滤波器由一级简单的LC带通滤波器组成。LC的参数根据所选的载波频率的不同需要做调整。电路图见图4。
对应不同的载波频率，LC参数如表3所示。
应注意L4/L8 选取内阻小的型号（EV-board4.1上L4/L8的ESR小于0.2Ω，Q值大于18）。C30/C34均会对带通滤波器的特性起到较大的影响，应选用误差小于10%的聚酯或聚丙烯电容。
图 4
发送信号测试频谱见图5
。
图 5
经测试后，输出频谱完全满足相关EMI标准。
3.5 接收滤波器
MI200E 的接收滤波电路如图6所示。同样对于不同的载波频率，电路参数也需做相应的调整，来取得更好的通信效果。对应不同载波频率的LC 参数见表5。
图 6
表5：接收滤波电路参数
3.6 SPI 接口
MI200E 与主控端（通常MCU ）的数据交换通过SPI （Serial Peripheral Interface ）实现。在点对点的通信中，SPI 接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，简单而高效，最高速率可达几Mbps ，并且能够与主流MCU 实现简单良好的联接。其接口电路如图7。图中的匹配电阻R1～R5推荐使用33Ω。
SPI 接口读写时序请参考MI200E Datasheet .
图 7
3.7 复位电路
主控端通过对MI200E 复位引脚的电平控制来对内部寄存器进行复位，低电平时内部寄存器进行复位操作，复位之后应延时50毫秒，等待MI200E 内部电路进入稳定工作状态，再对内部寄存器进行操作（如读写寄存器），以保证可靠读写寄存器。MI200E 的复位时序见图8。
图 8
3.8 晶振电路
MI200E 的晶振频率为12MHz 。既可以独立使用(图9)，也可以与主控MCU 共用晶振（图10）。
图 9（独立晶振方式） 图 10（共用晶振方式）
3.9 过零检测
MI200E 的过零检测电路如图11所示。R82/R83/R30/R31为2.2M Ω。
图 11
3.10 发送/接收波形
观察MI200E 发送或接收的波形时，可按图12所示接入示波器。
图 12
图13是以76.8k/1600bps 发送时的波形.
图 13
图14是以76.8k/1600bps的接收波形.
图14
3.11 PCB 设计
3.12
MI200E的模拟输入输出（包括交流检测的AC+/AC-，信号输入RAI+/RAI-以及功率输出PA/PB）均为差分形式，所以MI200E具有较强的在板抗干扰能力，一个普通的PCB设计就能够让MI200E 发挥出较好的抗干扰特性。MI200E的PCB设计需注意以下事项：
1．模拟地和数字地/功率地的分隔；
2．电源AC侧和直流侧的隔离；
3．其它数字部分（如MCU等应用电路）本身的布线。
图15至图22为EV-board 4.1*的PCB版图。仅供用户参考。
图15 MI200E 外围电路顶层元件图
图16 MI200E 外围电路底层元件图
图17 MI200E 外围电路顶层走线
图18 MI200E 外围电路底层走线
图19 EV board V4.1顶层元件图
图20 EV board V4.1底层元件图
图21 EV board V4.1顶层走线图