摘要
電力線通訊讓家電產品透過安裝於住宅的標準插座進行互連。藉著協調各種家電產品的運作，電力線通訊能提高各種家電產品的性能表現。小至小型廚房用品，像是咖啡機和烤箱，大至洗碗機、洗衣機、烘衣機等大型家電。電力線通訊不僅降低了尖峰時間的電流負載量，也減少其他家電設計的需求，在便利性和安全性皆有很大的提升。
就實現電力線通訊的條件而言，並不需要太大的頻寬。目前廣泛使用的低價微控制器，只要經過些許調整，搭配少數外部元件，就能實現電力線通訊。本文針對一種以電力線通訊所擬定的通訊協定，以及在一般家電產品中可能的用途進行探討；並試著提出家電產品間互連的替代方案，以及該產業的新興標準。
在家電產品中納入電力線通訊功能，能增進安全、便利性、提供自動化及家居安全等服務。若成本能夠壓低，電力線通訊與家電產品的整合，以及附加利益的實現將更為可能。
背景
電力線通訊(PLC)能增進安全、便利性、提供自動化及家居安全等服務。藉著在家電產品與家用電腦之間建立連結，許多技術專家相信電力線通訊將創造許多新的功能，讓現代數位家庭的成員享受更便利的生活。
在諸多想在智慧型家庭市場搶佔一席之地的技術中，電力線通訊也是其中一員。其他提供數位連結的技術利用不同媒介，像是無線網路(Wi-Fi)、電話線網路(HomePNA)、甚至透過銅線配置工程(傳言是鎖定摩天大樓的區域網路)。每項技術的目標都朝向避免傳統區域網路所必備的佈線費用(像是乙太網路的CAT-5線)。事實上，每個電源插座都是通訊插座。
然而，由於無法預測的線路拓撲、訊號的衰減、變動的電源傳輸阻抗、雙向閘流體和馬達所產生的雜訊、以及不同負載連結與關閉所產生的動態環境，電力線環境對寬頻數位通訊相當不利。
無線通訊避開充滿雜訊的電力線，為各種使用電池的獨立裝置建立網路，像是筆記型電腦、警報系統、恆溫器等。但無線通訊本身面臨許多限制：像是訊號會被金屬物體反射，如電冰箱、檔案櫃，以及射頻頻帶壅塞等。
由於兩種媒介互補的天性，無線的「無線路」與電力線的「無需新建線路」技術，在未來的數位家庭中很可能佔有一席之地。
市調機構IMS Research認為，在2008年之前，內建網路通訊功能的家電產品數量將成長十倍。對於家電產品而言，電力線是很自然的通訊媒介，因為大多數家電都由交流電插座提供電力。
各種電源線通訊技術
電力線通訊可按頻寬、功能、以及傳輸範圍等因素，分成許多類別(如圖2)。像是應用在家庭自動化的電力線控制網路，就屬於低頻寬、涵蓋單一住宅的網路。控制網路的範圍，由主斷路器控制，資料傳輸率從10 kbps到100 bps。
電力線數據網路取代傳統的區域網路，讓資料能在多部個人電腦之間分享，並使用共同的週邊設備。資料傳輸率介於1至15 Mbps。寬頻的數據網路，這裡稱之為電力線媒體網路，能在200Mbps的速度下同時傳送多個影音媒體串流(與其他資料)。在數據網路的某些點，可透過家用閘道器連上網際網路。
電力線通訊的潛力亦延伸至家庭以外的領域。電力線寬頻網路讓電力公司不僅能供應電力，還能提供上網服務。在足夠的頻寬支援下，電力線能和電話、有線電視、以及衛星等上網服務媒體一較高下，並提供自動讀取電表數據的媒介。
家電產品的電力線通訊
如圖2所示，各種家電都可賦予PLC功能。應該運用怎樣的技術依用途來決定。
圖2：家庭電力線通訊分類
開發LonWorks裝置網路平台的Echelon公司，指出「代管服務」(managed services)的發展潛力─家電可透過電源線網路自動通知維修人員到府服務。(這明顯只是一項訴求，畢竟誰會想維修人員沒有事先告知就上門來？)
另一項對消費者沒有太大吸引力的特點(但或許會吸引電力公司與監管機構的目光)就是遠端負載管理。這個功能讓電力公司能控制家庭用乾衣機僅在離峰時段啟動，讓用戶得到較便宜的費率。此外，家用電器也可在電力公司的中央控制下關閉，在夏天熱浪來襲時，避免採取分區停電的策略。可惜的是，消費者大多不願接受電力公司這樣「周到」的服務。
到目前為止，市場並沒有迫切需要提供洗碗機高速網路連線，或是在洗衣機與乾衣機之間提供高速檔案傳輸服務。
在四種PLC中，對於家電製造商而言，電力線控制網路是最直接、實際的應用領域。
電力線通訊廣泛的基礎，為最古老且廣泛被使用的家庭自動化技術─X-10。
重新認識X-10
即使技術上確實可行，但還有其他因素影響PLC是否能成為家電產品的普遍功能。主要的因素包括：
* 低邊際成本
* 實用性
* 大規模的安裝數量
* 通用的標準
X-10雖然相對於一般數位標準而言是相當低速的，但其邊際成本確實相當低；實用性十足；已累積了可觀的安裝數量；並擁有一個通用(目前)非專利式的標準，且能繼續擴充。
X-10協定於1977年在英國取得專利，而後於1980年取得美國專利(1977年12月申請)。由於超過20年的專利時效，X-10已成為一項開放標準。
X-10是目前低階電力線控制網路的普及標準。簡單的說，X-10協定有潛力成為一個實用的附加功能，為產品增添低成本、低頻寬通訊的功能。
最後，X-10在市場上已發展得相當成熟，上游的技術開發業者讓PLC方法與X-10電力線標準得以並存。
本文的第二部份探討如何運用一個8位元PIC微控制器實現X-10通訊系統，目前PIC微控制器已廣泛運用在許多常見的家電產品。
X-10協定概述
X-10是一個低頻寬的通訊協定，透過家庭電力線來傳送訊號。它是如何運作呢？X-10運用120 kHz的脈衝，在交流電源零交越(zero-crossings)時傳送，以傳遞數位資訊。
藉由監控零交越波型，X-10元件知道何時要傳送或接收X-10資訊。接近交流電的零越有若有一個1 ms寬的120 kHz的脈衝用來代表binary 1；當它不見時又代表一個binary 0。
在一個三相分散式系統中，接收器(receiver)可能位在和發送器(transmitter)不一樣的相位。因此，X-10會要求傳送器傳送三次的120 kHz脈衝，一次是在零交越時傳送，另外兩次是在其他相位的零交越時傳送。圖3顯示這些脈衝的位置(讓一個X-10訊號能可靠地從某個相位傳遞至另一個相位，不論是電容或主動式中繼元件，都必須安裝在相位線路之間)
一個完整的X-10訊號包含起始碼(1110)，之後有一個house code內容碼與一個key code。key code 可能是單元位址或是一個功能碼，端視訊息是位址或指令而定。
當傳送表1與表2的資料碼時，會利用兩個零交越來傳送資料位元，採用互補的位元數對模式，換言之，0-1代表一個零，1-0代表一個一。舉例來說，要傳送house code A，在表1中的四位元碼為0110，以互補位元數對模式傳送的資料碼則是01101001。由於house 與key codes是使用互補的模式來傳送，因此啟始碼僅會置於X-10資料串流中出現1110的地方。
表2所示，5位元長的key code，在互補格式中須用10位元的代碼表示。由於key code最後一個位元在單元位址時永遠都是零，而在功能碼時永遠都是1，因此key code最後一個位元可用來分辨key code是一個單元位址或功能碼。
一個完整的資料區塊含有啟始碼(start-code)、house-code、key-code 以及尾碼(suffix)。在每對資料區塊中，每個資料區塊都會在3個電力線週期或6個零交越週期中傳送兩次。
例如，開啟一個X-10模組，指派給單元2的house code A，後續的資料串流會透過電力線傳送，每個零交越點傳送一個位元：
首先，位址會傳送兩次：
啟始碼：1110
House A：01101001
單元2：10101001
尾碼：01
之後，等候3個週期(6個零交越)：000000
之後傳送兩次指令：
啟始碼：1110
House A：01101001
ON：01011001
尾碼：10
之後，等待3個週期(6次零交越)，然後再傳送下個區塊：000000
有一個延伸碼格式，能用來支援各種家電產品，X10 Wireless Technology公司將它命名為XTC798。其包含3種延伸碼分別支援資料與控制、安全訊息傳遞、以及讀表(meter reading)等功能。
通訊協定可進行修訂，以提供更好的安全性以及更多位址功能(address capability)。例如，一個house code重新指派後，通訊協定隨之修改；其後，就能根據新標準來處理訊息格式。
X-10 系統實作
X-10電路的硬體功能可分成三個部份：
* 零交越偵測器
* 120 kHz載波偵測器
* 120 kHz訊號產生器
利用一個具備基本功能的8位元微控制器實現以上功能是相當簡單的，幾乎Microchip所有款式的PIC微控制器都可達成。以下範例使用PIC16F877A 8位元微控制器，利用最少的資源(歸納於表3)。每個功能組的實現如下所述：
零交越偵測器
在X-10電路中，訊息在交流電源的零交越處設定時序。使用RB0接腳的一個外部中斷，加上一個外部元件─如電阻器，就能輕易建立一個零交越偵測器。該偵測器可限制輸入到PIC微控制器的電流。
在美國，Vrms = 117VAC，尖峰線路電壓為165V。若我們選擇一個為5 M ohms的電阻器：
Ipeak= 165V/5 M ohms = 33 μA
將完全落在PIC微控制器I/O接腳的箝位電流範圍內。
輸入保護二極體(設計到PIC微控制器I/O接腳內)針對任何高於Vdd或低於Vss的電壓進行箝位處理。因此，當AC電壓在週期的負值部份，RB0接腳被箝位至Vss-0.6V。它被解釋為邏輯零(logic zero)。當AC電壓上升至輸入門檻值之上時，邏輯值變成1。
在這個範例中，RB0設定成外部中斷，輸入緩衝區是一個Schmitt觸發器。如此一來，在上升階段輸入門檻為0.8 Vdd = 4V，在下降階段門檻為0.2， Vdd =1V
在每個中斷，OPTION_REG暫存器的中斷邊緣選擇位元會被觸發，讓中斷發生在每個零交越。使用以下公式，能算出接腳狀態變更與零交越的關係
V= Vpk * sin(2*pi*f*t), 其中的Vpk = 165V而 f = 60 Hz.
在上升端，在零交越後RB0高於64 μs，在下降端，在零交越之前會低於16μs。
120 kHz 載波偵測器
想要接收X-10訊號，必須偵測AC電源線路上是否有120 kHz訊號。並搭配一個解耦電容(decoupling capacitor)、高通濾波器(high-pass filter)、調諧放大器(tuned amplifier)、以及一個波形偵測器(envelope detector)。載波偵測器的元件如圖5所示。
因此一個0.1 μF電容對120 kHz載波頻率代表一個低阻抗(13()，但對於60 Hz的電力線而言卻是高阻抗(26.5 K()。這個高通濾波器讓120 kHz訊號能安全地與60 Hz電力線進行耦合，但在120 kHz載波產生器階段會倍增，如下節所述。
由於120 kHz載波頻率遠高於60 Hz電力線頻率，因此可設計出一個RC濾波器來傳遞120 kHz訊號，並完全衰減60 Hz部份。高通濾波器構成高通濾波器與調諧放大器模塊的第一個階段。
對於一個簡單的高通濾波器而言，-3 db中斷點為：
f3 db = 1/(2*(*R*C).
對於C = 100 pF 且R = 1 M(,
f3 db = 1/(2*(*150 pF *33 K() = 32 kHz.
這個f3 db點確保當120 kHz的訊號通過多個放大器階段，60 Hz訊號會完全衰減。之後，120 kHz訊號使用一連串的反轉器進行放大，這些反轉器被設定成增益放大器(high-gain amplifiers)。前兩個階段是調諧放大器，在120kHz達到尖峰反應；後面兩個階段則提供額外的放大機制。放大後的120 kHz訊號通過一個波形偵測器(envelope detector)，這些偵測器內含一個二極體、電容、以及電阻器。波形偵測器的輸出值通過一個反轉器存入緩衝區，並傳送到PIC16F877A的輸入接腳(RC3)。
在每個零交越中斷上，RC3在1ms傳送封包內進行檢查，觀察是否有載波存在。載波的存在與否，代表0與1，這些0與1構成了上述的X-10訊號。 .
120 kHz 訊號產生器
X-10使用120 kHz調變機制，透過60Hz電力線來傳送資訊。它能透過一個外部振盪器電路來產生120 kHz的載波。一個I/O針腳能用來啟動或關閉振盪器的電路輸出。但是，若使用一個PIC微控制器的擷取/比較/PWM(CCP)模組，就不必使用外部振盪器電路。
在PWM模式中使用CCP1模組，產生一個1/2 duty的120 kHz方波(square-wave)。由於X-10載波頻率為120 kHz (+/- 2 kHz)，因此這個範例中系統振盪器選擇7.680 MHz，以便讓CCP產生精準的120 kHz
在啟動後，CCP1持續開啟，接腳的TRISC 位元用來控制PWM的輸出。當設定TRISC位元時，接腳是一個輸入端，在接腳上沒有120 kHz訊號。當TRISC位元被清除後，接腳就成為120 kHz訊號的輸出，並通過一個電晶體放大器和電容，與AC電源進行耦合。
由於電容的阻抗為：Zc = 1/(2*(*f*C),
一個0.1 μF電容對於120 kHz載波頻率而言，代表的是低阻抗，但對60 Hz的電力線頻率而言卻是一個高阻抗。這個高通濾波器讓120 kHz訊號能安全地與60 Hz電力線進行耦合，並在120 kHz載波偵測器的第一個階段就倍增，如同先前所述。
為了和其他X-10接收器維持相容，零交越與X-10封包開始之間的最大延遲，約莫在300 μs。由於零交越偵測器的最大延遲約為64 μs，因此在偵測到跨零交越後，韌體只能花不到236 μs的時間，以傳送120 kHz的封包。
應用實例
此章節介紹幾項應用，能運用低頻寬的電力線通訊來實現。
在實際瞭解X-10的功能與弱點後，就能設計許多應用，以有效發揮X-10協定的低頻寬控制網路功能。
X-10目前最常見的應用就是燈光控制。標準前置套件中含一個燈光模組，能裝在任何燈具與電源插座之間。無線光源感測器能安裝在窗口，天黑時就會自動打開燈光，並在預設時間關閉。因此，大多數X-10模組都是接收器。X-10不是用在各家電之間連續的通訊；而是間歇性的，通常是在一個控制單元與多個燈具模組之間進行單向通訊。X-10缺乏碰撞偵測、加密等功能，不適合支援安全防護的產品(儘管如此，X-10的燈具控制功能，讓家中即使沒人，也能偽裝出有人在家的狀態，仍是它的殺手應用)
以下列舉幾種可採用低成本電力線通訊技術的家電：
智慧型咖啡機 + 智慧型鬧鐘
在設定鬧鐘時，可設定讓咖啡機在鬧鐘響前數分鐘自動開啟。(記得放入新的咖啡豆，否則咖啡機將不會啟動)
智慧型空調
可在通風管道設置可變速的風扇，以控制各房間的空調氣流。這種系統除了現有的交流電線路外，不需要額外的控制線路。
更安全的熨斗
當洗衣間的燈光關閉時，熨斗也會自動關閉；或是當警報系統啟動、熨斗閒置超過1小時，也會自動關閉。
在家用電器的設計中，不需太多力氣就能與許多新點子結合；然而製造商面臨的挑戰是─在加入各種實用功能的同時，不會減少其可用性及增加複雜度。誠如Donald A. Norman 在《The Design of Everyday Things》一書所述，科技的矛盾在於，相同的科技一方面讓生活簡單；一方面讓生活複雜。
在設計家電產品方面，良好設計的原則，就是減少使用者操作的複雜性，這對推廣電力線通訊也是重要的關鍵。
結論
X-10功能只需一個8位元微控制器加上些許的資源、少量的程式記憶體、以及幾個外部元件，就能達成。由於X-10是家庭自動化的標準，如今更發展成一個可延伸的開放性標準，家電產品的製造商確實值得考慮用它作為基礎，在產品中擴增基礎的電力線通訊功能。一旦與X10協定相容的增補標準規格發佈，能支援更多的位址並提供更強化的安全性，市場前景將更可觀。
參考資料
1. Pico Electronics Limited (Fife, GB6). Appliance Control. Inventors: Cambell, David C. and David R. Thompson. United States Patent 4,200,862. April 29, 1980.
2. Pico Electronics Limited (Fife, GB6). Electrical Appliance Control. Inventors: Cambell, David C. United States Patent 4,638,299. January 20, 1987.
3. Pico Electronics Limited (Fife, GB6). Electrical Appliance Control. Inventors: Thompson, David R. United States Patent 4,628,440. December 9, 1986.
4. "X10 Power-line Carrier (PLC) Technology", X10 Wireless Technology Inc. www.x10.com/support/technology1.htm
5. "Standard and Extended X-10 Code Formats," X10 Wireless Technology Inc. http://software.x10.com/pub/manuals/xtc798.doc
6. J. Burroughs, "AN236: X-10 Home Automation Using the PIC16F877A", Microchip Technology, Inc. www.microchip.com
7. M. Propp, "The Use of Existing Electrical Power Lines for High Speed Communications to the Home," Harvard Information Infrastructure Project: The First One Hundred Feet, MIT Press, 1999. pp 92-100.
8. D. Strassberg, "Power-line communication: wireless technology," EDN, June 6, 1996.
9. M. Wright, "Home-automation networks mature while the PC industry chases a new home LAN," EDN, June 4, 1998.
10. R. Raji, "Control Networks and the Internet", Echelon Corporation. www.echelon.com
11. P. House, "TA #0593: CEBus for the Masses", Intellon Corporation. www.intellon.com
12. M. Propp et al, "The Power Line as the High-speed Backbone of a Home Network," Adaptive Networks, Inc. www.adaptivenetworks.com
13. M. Towers and A. Bird, "The Worldwide Market for Major Home Appliances: 2004 Edition", IMS Research, November 2004. www.imsresearch.com
14. Donald Norman, The Design of Everyday Things, Doubleday -Currency, New York,1988.
電力線通訊讓家電產品透過安裝於住宅的標準插座進行互連。藉著協調各種家電產品的運作，電力線通訊能提高各種家電產品的性能表現。小至小型廚房用品，像是咖啡機和烤箱，大至洗碗機、洗衣機、烘衣機等大型家電。電力線通訊不僅降低了尖峰時間的電流負載量，也減少其他家電設計的需求，在便利性和安全性皆有很大的提升。
就實現電力線通訊的條件而言，並不需要太大的頻寬。目前廣泛使用的低價微控制器，只要經過些許調整，搭配少數外部元件，就能實現電力線通訊。本文針對一種以電力線通訊所擬定的通訊協定，以及在一般家電產品中可能的用途進行探討；並試著提出家電產品間互連的替代方案，以及該產業的新興標準。
在家電產品中納入電力線通訊功能，能增進安全、便利性、提供自動化及家居安全等服務。若成本能夠壓低，電力線通訊與家電產品的整合，以及附加利益的實現將更為可能。
背景
電力線通訊(PLC)能增進安全、便利性、提供自動化及家居安全等服務。藉著在家電產品與家用電腦之間建立連結，許多技術專家相信電力線通訊將創造許多新的功能，讓現代數位家庭的成員享受更便利的生活。
在諸多想在智慧型家庭市場搶佔一席之地的技術中，電力線通訊也是其中一員。其他提供數位連結的技術利用不同媒介，像是無線網路(Wi-Fi)、電話線網路(HomePNA)、甚至透過銅線配置工程(傳言是鎖定摩天大樓的區域網路)。每項技術的目標都朝向避免傳統區域網路所必備的佈線費用(像是乙太網路的CAT-5線)。事實上，每個電源插座都是通訊插座。
然而，由於無法預測的線路拓撲、訊號的衰減、變動的電源傳輸阻抗、雙向閘流體和馬達所產生的雜訊、以及不同負載連結與關閉所產生的動態環境，電力線環境對寬頻數位通訊相當不利。
無線通訊避開充滿雜訊的電力線，為各種使用電池的獨立裝置建立網路，像是筆記型電腦、警報系統、恆溫器等。但無線通訊本身面臨許多限制：像是訊號會被金屬物體反射，如電冰箱、檔案櫃，以及射頻頻帶壅塞等。
由於兩種媒介互補的天性，無線的「無線路」與電力線的「無需新建線路」技術，在未來的數位家庭中很可能佔有一席之地。
市調機構IMS Research認為，在2008年之前，內建網路通訊功能的家電產品數量將成長十倍。對於家電產品而言，電力線是很自然的通訊媒介，因為大多數家電都由交流電插座提供電力。
各種電源線通訊技術
電力線通訊可按頻寬、功能、以及傳輸範圍等因素，分成許多類別(如圖2)。像是應用在家庭自動化的電力線控制網路，就屬於低頻寬、涵蓋單一住宅的網路。控制網路的範圍，由主斷路器控制，資料傳輸率從10 kbps到100 bps。
電力線數據網路取代傳統的區域網路，讓資料能在多部個人電腦之間分享，並使用共同的週邊設備。資料傳輸率介於1至15 Mbps。寬頻的數據網路，這裡稱之為電力線媒體網路，能在200Mbps的速度下同時傳送多個影音媒體串流(與其他資料)。在數據網路的某些點，可透過家用閘道器連上網際網路。
電力線通訊的潛力亦延伸至家庭以外的領域。電力線寬頻網路讓電力公司不僅能供應電力，還能提供上網服務。在足夠的頻寬支援下，電力線能和電話、有線電視、以及衛星等上網服務媒體一較高下，並提供自動讀取電表數據的媒介。
家電產品的電力線通訊
如圖2所示，各種家電都可賦予PLC功能。應該運用怎樣的技術依用途來決定。
圖2：家庭電力線通訊分類
開發LonWorks裝置網路平台的Echelon公司，指出「代管服務」(managed services)的發展潛力─家電可透過電源線網路自動通知維修人員到府服務。(這明顯只是一項訴求，畢竟誰會想維修人員沒有事先告知就上門來？)
另一項對消費者沒有太大吸引力的特點(但或許會吸引電力公司與監管機構的目光)就是遠端負載管理。這個功能讓電力公司能控制家庭用乾衣機僅在離峰時段啟動，讓用戶得到較便宜的費率。此外，家用電器也可在電力公司的中央控制下關閉，在夏天熱浪來襲時，避免採取分區停電的策略。可惜的是，消費者大多不願接受電力公司這樣「周到」的服務。
到目前為止，市場並沒有迫切需要提供洗碗機高速網路連線，或是在洗衣機與乾衣機之間提供高速檔案傳輸服務。
在四種PLC中，對於家電製造商而言，電力線控制網路是最直接、實際的應用領域。
電力線通訊廣泛的基礎，為最古老且廣泛被使用的家庭自動化技術─X-10。
重新認識X-10
即使技術上確實可行，但還有其他因素影響PLC是否能成為家電產品的普遍功能。主要的因素包括：
* 低邊際成本
* 實用性
* 大規模的安裝數量
* 通用的標準
X-10雖然相對於一般數位標準而言是相當低速的，但其邊際成本確實相當低；實用性十足；已累積了可觀的安裝數量；並擁有一個通用(目前)非專利式的標準，且能繼續擴充。
X-10協定於1977年在英國取得專利，而後於1980年取得美國專利(1977年12月申請)。由於超過20年的專利時效，X-10已成為一項開放標準。
X-10是目前低階電力線控制網路的普及標準。簡單的說，X-10協定有潛力成為一個實用的附加功能，為產品增添低成本、低頻寬通訊的功能。
最後，X-10在市場上已發展得相當成熟，上游的技術開發業者讓PLC方法與X-10電力線標準得以並存。
本文的第二部份探討如何運用一個8位元PIC微控制器實現X-10通訊系統，目前PIC微控制器已廣泛運用在許多常見的家電產品。
X-10協定概述
X-10是一個低頻寬的通訊協定，透過家庭電力線來傳送訊號。它是如何運作呢？X-10運用120 kHz的脈衝，在交流電源零交越(zero-crossings)時傳送，以傳遞數位資訊。
藉由監控零交越波型，X-10元件知道何時要傳送或接收X-10資訊。接近交流電的零越有若有一個1 ms寬的120 kHz的脈衝用來代表binary 1；當它不見時又代表一個binary 0。
在一個三相分散式系統中，接收器(receiver)可能位在和發送器(transmitter)不一樣的相位。因此，X-10會要求傳送器傳送三次的120 kHz脈衝，一次是在零交越時傳送，另外兩次是在其他相位的零交越時傳送。圖3顯示這些脈衝的位置(讓一個X-10訊號能可靠地從某個相位傳遞至另一個相位，不論是電容或主動式中繼元件，都必須安裝在相位線路之間)
一個完整的X-10訊號包含起始碼(1110)，之後有一個house code內容碼與一個key code。key code 可能是單元位址或是一個功能碼，端視訊息是位址或指令而定。
當傳送表1與表2的資料碼時，會利用兩個零交越來傳送資料位元，採用互補的位元數對模式，換言之，0-1代表一個零，1-0代表一個一。舉例來說，要傳送house code A，在表1中的四位元碼為0110，以互補位元數對模式傳送的資料碼則是01101001。由於house 與key codes是使用互補的模式來傳送，因此啟始碼僅會置於X-10資料串流中出現1110的地方。
表2所示，5位元長的key code，在互補格式中須用10位元的代碼表示。由於key code最後一個位元在單元位址時永遠都是零，而在功能碼時永遠都是1，因此key code最後一個位元可用來分辨key code是一個單元位址或功能碼。
一個完整的資料區塊含有啟始碼(start-code)、house-code、key-code 以及尾碼(suffix)。在每對資料區塊中，每個資料區塊都會在3個電力線週期或6個零交越週期中傳送兩次。
例如，開啟一個X-10模組，指派給單元2的house code A，後續的資料串流會透過電力線傳送，每個零交越點傳送一個位元：
首先，位址會傳送兩次：
啟始碼：1110
House A：01101001
單元2：10101001
尾碼：01
之後，等候3個週期(6個零交越)：000000
之後傳送兩次指令：
啟始碼：1110
House A：01101001
ON：01011001
尾碼：10
之後，等待3個週期(6次零交越)，然後再傳送下個區塊：000000
有一個延伸碼格式，能用來支援各種家電產品，X10 Wireless Technology公司將它命名為XTC798。其包含3種延伸碼分別支援資料與控制、安全訊息傳遞、以及讀表(meter reading)等功能。
通訊協定可進行修訂，以提供更好的安全性以及更多位址功能(address capability)。例如，一個house code重新指派後，通訊協定隨之修改；其後，就能根據新標準來處理訊息格式。
X-10 系統實作
X-10電路的硬體功能可分成三個部份：
* 零交越偵測器
* 120 kHz載波偵測器
* 120 kHz訊號產生器
利用一個具備基本功能的8位元微控制器實現以上功能是相當簡單的，幾乎Microchip所有款式的PIC微控制器都可達成。以下範例使用PIC16F877A 8位元微控制器，利用最少的資源(歸納於表3)。每個功能組的實現如下所述：
零交越偵測器
在X-10電路中，訊息在交流電源的零交越處設定時序。使用RB0接腳的一個外部中斷，加上一個外部元件─如電阻器，就能輕易建立一個零交越偵測器。該偵測器可限制輸入到PIC微控制器的電流。
在美國，Vrms = 117VAC，尖峰線路電壓為165V。若我們選擇一個為5 M ohms的電阻器：
Ipeak= 165V/5 M ohms = 33 μA
將完全落在PIC微控制器I/O接腳的箝位電流範圍內。
輸入保護二極體(設計到PIC微控制器I/O接腳內)針對任何高於Vdd或低於Vss的電壓進行箝位處理。因此，當AC電壓在週期的負值部份，RB0接腳被箝位至Vss-0.6V。它被解釋為邏輯零(logic zero)。當AC電壓上升至輸入門檻值之上時，邏輯值變成1。
在這個範例中，RB0設定成外部中斷，輸入緩衝區是一個Schmitt觸發器。如此一來，在上升階段輸入門檻為0.8 Vdd = 4V，在下降階段門檻為0.2， Vdd =1V
在每個中斷，OPTION_REG暫存器的中斷邊緣選擇位元會被觸發，讓中斷發生在每個零交越。使用以下公式，能算出接腳狀態變更與零交越的關係
V= Vpk * sin(2*pi*f*t), 其中的Vpk = 165V而 f = 60 Hz.
在上升端，在零交越後RB0高於64 μs，在下降端，在零交越之前會低於16μs。
120 kHz 載波偵測器
想要接收X-10訊號，必須偵測AC電源線路上是否有120 kHz訊號。並搭配一個解耦電容(decoupling capacitor)、高通濾波器(high-pass filter)、調諧放大器(tuned amplifier)、以及一個波形偵測器(envelope detector)。載波偵測器的元件如圖5所示。
因此一個0.1 μF電容對120 kHz載波頻率代表一個低阻抗(13()，但對於60 Hz的電力線而言卻是高阻抗(26.5 K()。這個高通濾波器讓120 kHz訊號能安全地與60 Hz電力線進行耦合，但在120 kHz載波產生器階段會倍增，如下節所述。
由於120 kHz載波頻率遠高於60 Hz電力線頻率，因此可設計出一個RC濾波器來傳遞120 kHz訊號，並完全衰減60 Hz部份。高通濾波器構成高通濾波器與調諧放大器模塊的第一個階段。
對於一個簡單的高通濾波器而言，-3 db中斷點為：
f3 db = 1/(2*(*R*C).
對於C = 100 pF 且R = 1 M(,
f3 db = 1/(2*(*150 pF *33 K() = 32 kHz.
這個f3 db點確保當120 kHz的訊號通過多個放大器階段，60 Hz訊號會完全衰減。之後，120 kHz訊號使用一連串的反轉器進行放大，這些反轉器被設定成增益放大器(high-gain amplifiers)。前兩個階段是調諧放大器，在120kHz達到尖峰反應；後面兩個階段則提供額外的放大機制。放大後的120 kHz訊號通過一個波形偵測器(envelope detector)，這些偵測器內含一個二極體、電容、以及電阻器。波形偵測器的輸出值通過一個反轉器存入緩衝區，並傳送到PIC16F877A的輸入接腳(RC3)。
在每個零交越中斷上，RC3在1ms傳送封包內進行檢查，觀察是否有載波存在。載波的存在與否，代表0與1，這些0與1構成了上述的X-10訊號。 .
120 kHz 訊號產生器
X-10使用120 kHz調變機制，透過60Hz電力線來傳送資訊。它能透過一個外部振盪器電路來產生120 kHz的載波。一個I/O針腳能用來啟動或關閉振盪器的電路輸出。但是，若使用一個PIC微控制器的擷取/比較/PWM(CCP)模組，就不必使用外部振盪器電路。
在PWM模式中使用CCP1模組，產生一個1/2 duty的120 kHz方波(square-wave)。由於X-10載波頻率為120 kHz (+/- 2 kHz)，因此這個範例中系統振盪器選擇7.680 MHz，以便讓CCP產生精準的120 kHz
在啟動後，CCP1持續開啟，接腳的TRISC 位元用來控制PWM的輸出。當設定TRISC位元時，接腳是一個輸入端，在接腳上沒有120 kHz訊號。當TRISC位元被清除後，接腳就成為120 kHz訊號的輸出，並通過一個電晶體放大器和電容，與AC電源進行耦合。
由於電容的阻抗為：Zc = 1/(2*(*f*C),
一個0.1 μF電容對於120 kHz載波頻率而言，代表的是低阻抗，但對60 Hz的電力線頻率而言卻是一個高阻抗。這個高通濾波器讓120 kHz訊號能安全地與60 Hz電力線進行耦合，並在120 kHz載波偵測器的第一個階段就倍增，如同先前所述。
為了和其他X-10接收器維持相容，零交越與X-10封包開始之間的最大延遲，約莫在300 μs。由於零交越偵測器的最大延遲約為64 μs，因此在偵測到跨零交越後，韌體只能花不到236 μs的時間，以傳送120 kHz的封包。
應用實例
此章節介紹幾項應用，能運用低頻寬的電力線通訊來實現。
在實際瞭解X-10的功能與弱點後，就能設計許多應用，以有效發揮X-10協定的低頻寬控制網路功能。
X-10目前最常見的應用就是燈光控制。標準前置套件中含一個燈光模組，能裝在任何燈具與電源插座之間。無線光源感測器能安裝在窗口，天黑時就會自動打開燈光，並在預設時間關閉。因此，大多數X-10模組都是接收器。X-10不是用在各家電之間連續的通訊；而是間歇性的，通常是在一個控制單元與多個燈具模組之間進行單向通訊。X-10缺乏碰撞偵測、加密等功能，不適合支援安全防護的產品(儘管如此，X-10的燈具控制功能，讓家中即使沒人，也能偽裝出有人在家的狀態，仍是它的殺手應用)
以下列舉幾種可採用低成本電力線通訊技術的家電：
智慧型咖啡機 + 智慧型鬧鐘
在設定鬧鐘時，可設定讓咖啡機在鬧鐘響前數分鐘自動開啟。(記得放入新的咖啡豆，否則咖啡機將不會啟動)
智慧型空調
可在通風管道設置可變速的風扇，以控制各房間的空調氣流。這種系統除了現有的交流電線路外，不需要額外的控制線路。
更安全的熨斗
當洗衣間的燈光關閉時，熨斗也會自動關閉；或是當警報系統啟動、熨斗閒置超過1小時，也會自動關閉。
在家用電器的設計中，不需太多力氣就能與許多新點子結合；然而製造商面臨的挑戰是─在加入各種實用功能的同時，不會減少其可用性及增加複雜度。誠如Donald A. Norman 在《The Design of Everyday Things》一書所述，科技的矛盾在於，相同的科技一方面讓生活簡單；一方面讓生活複雜。
在設計家電產品方面，良好設計的原則，就是減少使用者操作的複雜性，這對推廣電力線通訊也是重要的關鍵。
結論
X-10功能只需一個8位元微控制器加上些許的資源、少量的程式記憶體、以及幾個外部元件，就能達成。由於X-10是家庭自動化的標準，如今更發展成一個可延伸的開放性標準，家電產品的製造商確實值得考慮用它作為基礎，在產品中擴增基礎的電力線通訊功能。一旦與X10協定相容的增補標準規格發佈，能支援更多的位址並提供更強化的安全性，市場前景將更可觀。
參考資料
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