用户线接口电路芯片HC55181的原理及应用
摘要：hc55181是intersil公司生产的rslic18系列中的一款用户线接口电路(slic)芯片。它不仅支持ｐｏｔｓ电话业务，而且能传输多种振铃信号，并可通过逻辑电平来控制器件的工作状态，此外还具有超温自动保护功能以及电路设计简单、功耗低等优点。文中介绍了hc55181的主要性能、工作原理和实际应用电路。
ｈｃ５５１８１是ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司的ｒｓｌｉｃ１８系列产品中的一款用户线接口电路?ｓｌｉｃ?芯片。它不仅支持ｐｏｔｓ电话业务，而且能传输多种振铃信号，并可通过逻辑电平控制器件的工作状态。ｈｃ５５１８１可以在１００ｖ电压下工作，它可以直接把振铃电压信号传输到用户线的终端。通过高压操作，其用户回路的传输距离可以扩展到５ｋｍ以外。此外，ｈｃ５５１８１还具有如下特点：
●功耗很低，待机时的功耗仅５０ｍｗ?
●振铃信号波形为梯形或郑玄波；
●振铃峰值电压幅度可达到９５ｖ；
●带有ｃｏｄｅｃ振铃接口；
●可自动检测用户摘机或挂机；
●具有内部关断和指示报警功能；
●采用高压隔离技术设计；
●使用外部元件较少。
１ ｈｃ５５１８１的引脚功能
ｈｃ５５１８１采用２８ 脚ｐｌｃｃ封装，其引脚排列如图１所示，各引脚的功能如下?
脚１，２８（ｔｉｐ，ｒｉｎｇ）：分别为ｔｉｐ和ｒｉｎｇ功率放大器输出脚；
脚２（ｂｇｎｄ）：电池接地端，通常与ａｇｎｄ（模拟地）相连；
脚３（ｖｂｌ）：电池供电电压低端；
脚４（ｖｂｈ）：电池供电电压高湍；
脚５，６（ｓｗ＋、ｓｗ－）：内部开关；
脚７（ｓｗｃ）：器件内部开关控制引脚，该脚电平为“１”时，ｈｃ５５１８１器件内部的开关断开；该脚电平为“０”时，器件内部开关接通；
脚８，９，１０（ｆ２，ｆ１，ｆ０）：工作模式控制引脚。用于控制器件的工作模式；
脚１１（ｅ０）：检测器输出选择控制引脚，该脚电平为“１”时，电路置ｓｈｄ模式；该脚电平为“０”时，电路置ｇｋｄ模式；
脚１２（ｄｅｔ）：检测器输出引脚。用于检测电话的摘、挂机状态；
脚１３（ａｌｍ）：超温告警输出引脚，当芯片内部温度超过安全工作温度（１７５℃）时，芯片自动掉电以保护器件。
脚１４（ａｇｎｄ）：模拟接地引脚，使用时可与ｂｇｎｄ引脚连；
脚１５（ｂｓｅｌ）：高、低电池馈电选择引脚端，为“１”时，高电池馈电；为“０”时，低电池馈电；
脚１６（ｎｃ）：空脚，不连；
脚１７（ｐｏｌ）：外部极化电容ｃｐｏｌ 连接引脚，可用于对ｔｉｐ和ｒｉｎｇ的电平翻转时间进行控制；
脚１８（ｖｒｓ）：振铃信号输入引脚；
脚１９（ｖｒｘ）：四线音频信号输入引脚，可输入来自ｃｏｄｅｃ的音频信号；
脚２０（ｖｔｘ）：四线音频信号输出引脚，可将该脚信号输出至ｃｏｄｅｃ的音频输入；
脚２１，２２（ｖｆｂ，－ｉｎ）、：反馈电压控制引脚，可用以完成阻抗匹配；
脚２３（ｖｃｃ）：＋５ｖ电源引脚；
脚２４（ｃｄｃ）：ｄｃ偏置滤波电容连接端，电容的另一端连接至ｖｃｃ；
脚２５（ｒｔｄ）：铃流滤波环路连接端；
脚２６（ｉｌｉｍ）：环路电流限制编程电阻ｒｉｌ的连接端；
脚２７（ｒｄ）：摘机检测编程电阻ｒｄ连接引脚。
２ ｈｃ５５１８１结构功能
２．１ 内部结构
ｈｃ５５１８１内部含有ｄｃ控制、电池切换、振铃电路、传输检测、检测和控制逻辑、以及二线和四线端口，图２所示是其内部结构功能框图。此外，ｈｃ５５１８１内部还有摘机检测器和地键检测器，它们的工作状态可由ｅ０引脚来控制，ｅ０为“１”时，进行摘机检测；为“０时”进行地键检测。而ｄｅｔ输出为“０”时，表示用户摘机；
另外，ｈｃ５５１８１内含逻辑控制开关，可用于进行二线负载自测。其开关引脚ｓｗ＋和ｓｗ－可由／ｓｗｃ引脚控制，／ｓｗｃ为“０”表示闭合；／ｓｗｃ为“１”表示断开。
２．２ ｈｃ５５１８１的工作模式控制
ｈｃ５５１８１的工作模式可由逻辑控制引脚ｆ２，ｆ１，ｆ０来控制。具体的控制方法如表１所列。
表1 hc55181的工作模式设置方法
f2 f1 f0 工 作 模 式
0 0 0 低功耗待机模式
0 0 1 正向激活模式
0 1 1 反向激活模式
1 0 0 振铃模式
1 0 1 正向环路反馈模式
1 1 1 电源关断模式
当ｆ２ｆ１ｆ０为０００时，器件进入低功耗待机模式；而当其为００１时，器件进入正向激活模式，此时系统有两种供电方式。当其为高电池供电时，电路将在挂机状态下传送主叫用户的ｉｄ或其它功能信号，而当用户摘机时，电路则转为低电池供电，以便进行ｄｃ环路反馈和话音传输。ｄｃ环路反馈的主要作用是控制环路ｄｃ电流。它一般通过调节ｒｄ引脚的外接电阻ｒｓｈ来控制环路直流电流，以使其在５ｍａ～１５ｍａ范围内变化。通过话音传输可使二线至四线增益（ｔｉｐ，ｒｉｎｇ→ｖｔｘ）为０ｄｂ；或在二线上未加保护电阻ｒｐ的情况下，使四线至二线增益（ｖｒｘ → ｔｉｐ，ｒｉｎｇ）为０ｄｂ。其回波抵消通常采用在ｓｌｉｃ与ｃｏｄｅｃ之间的求和放大器来实现。
当ｆ２ｆ１ｆ０为０１１时，器件进入反向激活模式。该模式同正向激活模式不同的是ｔｉｐ和ｒｉｎｇ的电平发生了改变。该模式下，ｔｉｐ端的电平为－４ｖ，ｒｉｎｇ端的电平为４ｖ＋ｖｂｈ。其电平翻转时间由ｐｏｌ引脚所连的极化电容来控制。
ｆ２ｆ１ｆ０为１００时为振铃模式，该模式时，器件可对多种波形的铃流信号进行线性放大，该模式下一般采用高电池供电。其差分铃流增益为８０ｖ／ｖ，此时ｔｉｐ、ｒｉｎｇ引脚上的电压分别为：
ｖｔ＝ｖｂｈ／２＋４０ｖｒｓ
ｖｒ＝ ｖｂｈ／２－４０ｖｒｓ
其中ｖｒｓ为铃流信号的输入引脚的电压值。
ｆ２ｆ１ｆ０为０１１时，电路进入掉电模式，该模式时，如果用户线发生故障而使芯片内部温度超过安全工作温度（大约１７５℃），引脚ａｌｍ、ｄｅｔ的逻辑电平将分别为“０”和“１”，此时除逻辑接口外，整个器件将进入掉电状态，从而使ｔｉｐ和ｒｉｎｇ二引脚处于高阻态，并使电压为０ｖ。
图3
３ ｈｃ５５１８１的实际应用电路
图３所示是ｈｃ５５１８１的一个实际应用电路。该电路实际上是一个数字环路复用设备上的话路接口。它能够同时进行８路话路通信，并可通过单片机控制每一话路的工作状态，其话路传输距离可达５公里。
图中的ｆ２、ｆ１、ｆ０和ｅ０是ｓｌｉｃ的逻辑输入控制端，它和ｓｌｉｃ的ｄｅｔ、ａｌｍ引脚均设计在一片ｃｐｌｄ中，可通过ｃｐｕ的地址访问进行操作。ｖｒｓ铃流源则是通过ｃｐｌｄ中的８ｋｈｚ时钟经过多次分频后产生的５０ｈｚ方波来实现的。另外，图中的ｖｂｌ、ｖｂｈ端的供电电源可由外接电源模块ｎｍｔ０５７２ｓｚ（ｎｅｗｐｏｒｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ公司生产的ｄｃ－ｄｃ转换器件）来提供，该器件可以分别提供－４８ｖ和－７２ｖ的电压，并通过ｔｉｐ和ｒｉｎｇ引脚直接连到用户线上。
该系统环路在同步配置期间，应先置话路为低功耗状掉电态，即（ｆ２，ｆ１，ｆ０＝１１１），配置完毕后，再置话路为正向激活状态（００１），当系统的一端向另一端振铃呼叫而系统ｃｐｕ接到振铃信令后，可通过ｃｐｌｄ将ｓｌｉｃ设置成振铃模式（１００）。然后进行摘、挂机检测（测ｄｅｔ电平）。此后用户便可摘机并转入通话状态（００１）。
４ 结束语
ｈｃ５５１８１作为二、四线转换语音传输接口芯片，具有电路设计简单，性能稳定可靠等优点，能够达到话路传输的各项指标，是话路通信中一款高性价比的ｓｌｉｃ芯片。
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●振铃信号波形为梯形或郑玄波；
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●带有ｃｏｄｅｃ振铃接口；
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脚７（ｓｗｃ）：器件内部开关控制引脚，该脚电平为“１”时，ｈｃ５５１８１器件内部的开关断开；该脚电平为“０”时，器件内部开关接通；
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脚１３（ａｌｍ）：超温告警输出引脚，当芯片内部温度超过安全工作温度（１７５℃）时，芯片自动掉电以保护器件。
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脚１９（ｖｒｘ）：四线音频信号输入引脚，可输入来自ｃｏｄｅｃ的音频信号；
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当ｆ２ｆ１ｆ０为０１１时，器件进入反向激活模式。该模式同正向激活模式不同的是ｔｉｐ和ｒｉｎｇ的电平发生了改变。该模式下，ｔｉｐ端的电平为－４ｖ，ｒｉｎｇ端的电平为４ｖ＋ｖｂｈ。其电平翻转时间由ｐｏｌ引脚所连的极化电容来控制。
ｆ２ｆ１ｆ０为１００时为振铃模式，该模式时，器件可对多种波形的铃流信号进行线性放大，该模式下一般采用高电池供电。其差分铃流增益为８０ｖ／ｖ，此时ｔｉｐ、ｒｉｎｇ引脚上的电压分别为：
ｖｔ＝ｖｂｈ／２＋４０ｖｒｓ
ｖｒ＝ ｖｂｈ／２－４０ｖｒｓ
其中ｖｒｓ为铃流信号的输入引脚的电压值。
ｆ２ｆ１ｆ０为０１１时，电路进入掉电模式，该模式时，如果用户线发生故障而使芯片内部温度超过安全工作温度（大约１７５℃），引脚ａｌｍ、ｄｅｔ的逻辑电平将分别为“０”和“１”，此时除逻辑接口外，整个器件将进入掉电状态，从而使ｔｉｐ和ｒｉｎｇ二引脚处于高阻态，并使电压为０ｖ。
图3
３ ｈｃ５５１８１的实际应用电路
图３所示是ｈｃ５５１８１的一个实际应用电路。该电路实际上是一个数字环路复用设备上的话路接口。它能够同时进行８路话路通信，并可通过单片机控制每一话路的工作状态，其话路传输距离可达５公里。
图中的ｆ２、ｆ１、ｆ０和ｅ０是ｓｌｉｃ的逻辑输入控制端，它和ｓｌｉｃ的ｄｅｔ、ａｌｍ引脚均设计在一片ｃｐｌｄ中，可通过ｃｐｕ的地址访问进行操作。ｖｒｓ铃流源则是通过ｃｐｌｄ中的８ｋｈｚ时钟经过多次分频后产生的５０ｈｚ方波来实现的。另外，图中的ｖｂｌ、ｖｂｈ端的供电电源可由外接电源模块ｎｍｔ０５７２ｓｚ（ｎｅｗｐｏｒｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ公司生产的ｄｃ－ｄｃ转换器件）来提供，该器件可以分别提供－４８ｖ和－７２ｖ的电压，并通过ｔｉｐ和ｒｉｎｇ引脚直接连到用户线上。
该系统环路在同步配置期间，应先置话路为低功耗状掉电态，即（ｆ２，ｆ１，ｆ０＝１１１），配置完毕后，再置话路为正向激活状态（００１），当系统的一端向另一端振铃呼叫而系统ｃｐｕ接到振铃信令后，可通过ｃｐｌｄ将ｓｌｉｃ设置成振铃模式（１００）。然后进行摘、挂机检测（测ｄｅｔ电平）。此后用户便可摘机并转入通话状态（００１）。
４ 结束语
ｈｃ５５１８１作为二、四线转换语音传输接口芯片，具有电路设计简单，性能稳定可靠等优点，能够达到话路传输的各项指标，是话路通信中一款高性价比的ｓｌｉｃ芯片。
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