电力线载波通信（PLC）利用现有电力线作为传输媒介，实现数据通信。其电路设计方案需考虑噪声、衰减、阻抗变化等因素，并针对不同应用场景进行优化。以下是几种典型的应用电路设计方案：

1. 智能家居/楼宇自动化：

• 核心需求： 短距离通信、高可靠性、低成本、易于安装。
• 关键电路模块设计：
  • 信号耦合电路： 使用高压电容（如安规X/Y电容）串联小电感组成高通/带通滤波器，实现信号在50/60Hz强交流电上的安全叠加与提取。常用方案：电容耦合（成本低）、电感耦合（损耗低）。
  • 收发器前端 (AFE): 包含发送驱动放大器和接收前置放大器。驱动器需提供足够功率克服线路阻抗和噪声；接收端需要高灵敏度、宽动态范围的前置放大器和自动增益控制（AGC）。
  • 调制解调器： 多采用FSK (频移键控) 或 OFDM (正交频分复用)。家庭内部低速控制常用FSK（简单、成本低）。宽带应用（如音视频流）必须使用OFDM（抗干扰、频带利用率高），如 HomePlug AV、IEEE 1901、G.hn 等标准。
  • 微控制器 (MCU)： 负责协议栈处理、设备控制逻辑。集成度高的单芯片SoC解决方案（如高通QCA7000, 瑞昱RTL8710）很常见。
  • 电源管理： 采用开关电源或LDO为各模块供电，同时确保耦合信号路径不被电源电路干扰。

2. 工业自动化与数据采集 (AMR/SCADA)：

• 核心需求： 中等距离、抗强噪声干扰、高可靠性、实时性要求。
• 关键电路模块设计：
  • 信号耦合： 强耦合器设计是关键。 常采用变压器（隔离性能好、阻抗匹配）或电容阵列，提供高达1-5μF的耦合电容。需考虑大功率电机、变频器等产生的剧烈开关噪声。
  • 高抗噪AFE：
    • 高抑制发射功率： 更大的驱动输出能力以穿透强噪声环境。
    • 高级接收滤波器： 针对工业噪声频谱（如脉冲噪声、谐波）设计复杂的模拟和数字滤波器（如陷波器）。
    • OFDM调制为主： 凭借其优秀的抗频率选择性衰落和窄带干扰能力，已成为工业PLC的主流选择。采用较低子载波频率（如10kHz - 150kHz，CENELEC A/B频带）以增加绕射能力和抗衰减性能。常见协议有：PRIME, G3-PLC, IEEE 1901.2。
  • 高级信号处理： 常使用高性能DSP或FPGA实现复杂的OFDM调制解调、信道均衡、纠错编码（如Turbo, LDPC）、前向纠错（FEC）。
  • 强电磁兼容 (EMC):
    • 严格滤波： 进线和出线需加装共模扼流圈、π型/LC滤波器抑制传导干扰。
    • 多层PCB设计： 高速数字与模拟信号严格分区，电源层与地层规划完善。
    • 优异屏蔽与接地： 金属外壳，良好接地降低辐射和共模干扰。
  • 鲁棒的电源方案： 能承受工业电网的浪涌、骤降等。

3. 智能电网/高级计量基础设施 (AMI)：

• 核心需求： 长距离（配电网）、高穿透性（变压器、分支）、极低功耗（表计）、极高可靠性和安全性、网络拓扑管理。
• 关键电路模块设计：
  • 耦合电路： 与工业类似，需要强耦合器（变压器或大电容）克服配电网的高阻抗和变压器阻隔。对于低压抄表（PLC-LV），常利用变压器中性点耦合。
  • 超低功耗设计 (尤其电表侧):
    • 休眠模式： 设备大部分时间处于极低功耗待机状态（μA级），定时唤醒侦听指令或上报数据。
    • 高效电源管理单元 (PMU)： 采用超低静态电流的LDO/Buck转换器。部分方案利用CT取电辅助供电。
    • 集成度高的SoC: 选择整合了PLC Modem、MCU、Flash/RAM、精密计量单元（ADC）的单芯片方案（如ST ST8500、芯科芯C8051F9xx系列的低功耗PLC产品），最小化整体功耗。
  • 网络协议： 基于OFDM的G3-PLC、PRIME、IEEE 1901.2 是国际主流标准。它们专为电网设计，支持IPv6、6LoWPAN、Mesh组网、路由（如RPL）、自动中继、强大的FEC和AES-128/256加密。
  • 自适应技术：
    • 比特/功率分配： 根据实时信道状况动态调整各子载波的调制阶数（BPSK/QAM）或功率，优化吞吐率。
    • 信道估计与均衡： 频繁进行信道估计以应对时变信道。
  • 中继功能： 电路设计中硬件需支持接收信号再生和再发射能力（物理层或MAC层），软件需实现路由协议。允许通过中间电表中继信号，覆盖更远距离和绕过故障点。

4. 路灯控制与监测：

• 核心需求： 沿街道覆盖、设备节点多、供电稳定（直接从路灯取电）。
• 关键电路模块设计： 结合了智能家居（节点设计）和智能电网（网络协议）的特点。
  • 利用稳定电源： 直接从路灯控制器或镇流器取电，供电充足，简化电源设计。
  • 节点设计： 类似智能家居控制器，但体积和成本更敏感。
  • 通信协议： 常采用G3-PLC或PRIME等智能电网标准，实现单灯级精确控制、故障报警、节能管理等，支持较大规模网络。

通用电路设计要点总结：

• 耦合器设计： 安全隔离高电压（>4kV耐压），高效传递载波信号，抑制工频干扰。在发送端匹配输出阻抗（50Ω），接收端提供高输入阻抗。
• 模拟前端： 核心是驱动放大器和低噪声高精度前置放大器。发送路径要有功率控制能力（适应远近节点）。接收路径必须有宽范围AGC和抗工频饱和设计。
• 调制解调： 选型取决于数据速率、距离、干扰环境和成本。低速控制用FSK，中高速和数据中心用OFDM。
• 数字处理： MCU/DSP/FPGA实现协议栈、调制解调算法、网络管理。
• EMC设计： 包含输入/输出滤波电路（电感和电容）、TVS/压敏电阻防浪涌/雷击、PCB布局屏蔽设计（如分地）、共模抑制。确保设备自身不对电网造成电磁污染。
• 电源设计： 高效、稳定、低噪声。开关电源需特别注意抑制传导和辐射干扰（好的滤波和屏蔽）。低功耗应用采用超低功耗电源芯片。
• 协议栈实现： 成熟的标准化协议（如G3, PRIME, HomePlug等）通常提供完整的参考设计和协议栈软件。

选择哪种方案取决于具体应用场景要求（数据速率、距离、环境、成本、功耗等）。 现代PLC设计高度依赖集成化SoC解决方案，以简化设计、降低成本、提高可靠性。