基于T8503芯片实现电话机与ISDN的接口电路设计

随着网络的发展，网络带这的增加，上网速度将越来越快。人们也不再仅限于上网，在追求上网的同时打网络电话，实现与网友的相互交流。目前人们很大程度上依赖于传统的isdn上网，且在今后一段时间内，这种依赖不会发生很大变化。其于这种状况，设计了针对企业的上网设备（简称“企业上网设备”），它实现了企业上网的同时又可打网络电话双重功能。企业上网设备的整体实现方案如图1所示。
“企业上网设备”一端连接isdn网，通过isdn连接internet，另一端通过以太网交换机芯片连接用户端的以太网。另外在用户端通过pots电话机接口连接两部电话机。
普通电话拨打和接收网络话音，必须通过pots接口才能进行。pots接口是能够连接普通电话与isdn的接口设备，它能使两部电话同时上网并与其它电话通信。本文对pots接口进行阐述。
1、 pots接口
要实现普通电话机与isdn进行连接，需要专门的接口（pots）电路，这个接口电路应该具有馈电、过压保护、振铃、监视、编解码、信号音产生器等功能。其中，信号产生器产生各种信号音，可通过硬件或软件方法来实现。若用软件实现，则将这些信号音进行抽样、量化、编码成pcm数字信号后存在一个只读存储器中，然后再周期重复地读出这些值就可以得到数字信号音。接口电路主要为用户接口电路（slic）、编解码和滤波器（codec），它相当于用户音频信号处理接口电路（slac）、dtmf电路。
1.1pots组成
pots接口采用lucent的l8576（slic）、l8503（codec）、保护保险丝、可编程逻辑器件gal16v8d及motorola的mc145436（dtmf）。原理方块图如图2所示。
1.2功能描述
（1）slic：slic是用户线接口，它是codec与外接话机环路的中间接口。它具有如下功能：
·铃流信号。能提供话机振铃所需的铃流，它是一负高压交流信号。
·摘挂机检测信号。它提供话机摘挂机时的微处理器检测信号，微处理器根据该信号的变化来判别出话机的摘挂机情况。
·语音信号接口。它具有与codec与dtmf相连的模拟语音信号接口，完成从话机到codec与dtmf或从codec到话机的模拟语音信号连接；它是话机与codec联系的间桥梁。
·用户线接口，连接话机。
本设计采用lucent的l8576b芯片，它是具有plcc封装44只引脚的双用户线接口电路。每一路能提供直流馈电、环路监视和铃流信号，它含有两路slic通道，可外接两部电话。该芯片内含铃流产生电路，振铃电源为-65v。
除了铃流及馈电功能外，l8576b还提供了接收和发送通道、摘机检测、振铃间断输出功能。另外，它还具有温度保护功能。
保护：l8576b除了温度保护外，还具有过压保护功能，对普通的过压保双仅需在tip和ring端串接电阻即可。然而，为了防止线路短路或雷击而损坏器件，则必须外加保护器件（l7591）。
tip/ring驱动：l8576b有tip/ring驱动电路，其输出为pt/rp。在正常通话方式下，驱动器限流为24ma以下，振铃时则上升到大约85ma。
（2）codec：利用编解码器、滤波器完成语音信号的a/d与d/a变换，其pcm接口与外部u接口相接，而模拟口与slic相接。
本方案采用lucent公司的t8503，其接口功能如下：
·数字接口：包括pcm接口、内部时序控制、增益控制。
pcm接口：管理传送和接收pcm数据及帧同步控制。
pcm数据：pcm数据每125μs帧周期发生一次，数据时钟clk是2.048mhz，每帧有32个时隙，每个时隙8bit数据位。dx和dr为数据发送和接收数据，不发送数据时dx保持三态状态，dr接收数据时才有效。
帧同步fs：t8503有四个帧同步（fsx和fsr）输入，每一对对应一个通道。在一个125μs的帧里，每个帧同步提供一个单脉冲。帧同步可以出现在器件上电且mclk作用于器件的任何时刻，帧同步脉冲的时序表时时隙的开始。在这时隙中，该通道的数据在数据时钟作用下输入或输出。fsx和fsr高有效，且必须保持高至少一个主时钟周期，它们可以独立工作，对符合传送和接收转换的给定的通道可以将其连一起。在一个帧中，通道0和通道1传送帧同步必须由一个或多个时隙彼分开。同样，通道0和通道1接收帧同步也必须由一个或多个时隙彼此分开。除非这两个通道接收同样的pcm信号，此时，接收帧同步脉冲可连接在一起。
对t8503而言，对给定的通道，一帧中fsx和fsr只能发生一次，与fs的下降沿无关且其脉冲宽度不受限制，只要fs有效之前保持至少一个主时钟周期，数据接口就能很好地工作。
·模拟口：包括偏置电路和参考源、a/d转换、d/a转换。
偏置电路和参考源：t8503仅需-+5v电源供电，参考源为+2.4v并由内部产生，不需外部附加电路。
a/d转换：包括一输入运放、带通滤波器和译码器。
t8503内部还具有滤波电路对放大器输出信号进行滤波，而后对xmt语音模拟信号采样并按a率进行数字pcm转换。
d/a转换：解码器pcm数据流转换成模拟信号，输出放大器单端输出语音信号rcv，它能驱动2000ω的负载。（3）fs译码器：由于t8503具有双通道，且各有自已的同步信号，同步信号不能同时有效，需相差一个或多个时隙、所以要将u接口送来的fs信号一分为二成fs0、fs1两同步信号，分别作为通道0和通道1的同步信号。fs译码器由一可编程逻辑器件gal16v8d来实现，具体电路如图3所示。
f0sel、f1sel是同步信号选择信号，为0选通有效，为1则选通无效。f01ctl是帧同步控制信号，该信号在gal16v8d内将被一分为二为互为反相的两帧同步信号控制信号，它们与fs（idl_fsr/c）帧同步信号异或产生选择b1、b2数据通道的同步信号fs0、fs1。假设f01ctl被分f0sel、f1sel两信号且它们有效，则它们的波形关系如图4所示。
本方案拟采用motorola公司的mc145436（2片）作为dtmf芯片，它将语音模拟信号xmt转换成8421数字码，并经由gal16v8d变为pots_dva/pots_dvb输出信号。这些输出均连接到微处理器，由微处理器处理这些数据进而判明拨号号码。（5）保护电路：用户线接口电路（slic）要外加保护电路，以防损坏。采用0.35ab保险丝作为slic的保护。
2 、pots工作过程
2.1主叫
·用户摘机：当用户摘机时，slic输出给微处理器（μp）终端信号，从而引起微处理器中断。
·送拨号音：微处理器接到slic终端信号后，发生中断。而后，微处理器执行送拨号音子程序，将存储器中拨号音码经u接口回环给pots。pots的codec（t8503）将这些拨号音pcm码进行处理后变成模拟信号rcv输出到slic的rcvn和rcvp差分输入端，再经slic的pt、pr输出给话机，使之发出拨号声音。
·拨号：当主叫听到拨号音后就可进行拨号。拨号模拟信号经slic输出给dtmf（mc145436），dtmf将其变成二进制的8421码并等数据有效后（dva/dvb为高）送给微处理器，微处理器将号码透明地传送给u接口。
·号码分析：微处理器接收到第一个拨号号码后就会停止对pots送拨号音信号并通过isdn信令将号码送u接口。局端交换机如果发现号码有效，则通过信令通知微处理器，微处理器进行相应处理。
·若主叫所拨号码符合要求，微处理器通过isdn信令进行下一步处理。
·送回铃音：若被叫忙，isdn信令通知微处理器，微处理器执行送忙音子程序，将存储器中事先存好的忙音经u接口回环给pots。pots的codec（t8503）将这些忙音pcm码进行处理后变成模拟信号送slic的rcvn和rcvp差分输入端，再经slic的pt、pr输出给话机，使之发出忙音，以提醒主叫被叫忙。若被叫闲，则isdn信令通知微处理器，微处理器就执行送回铃音子程序，将存储器中事先存好的回铃音经u接口回环给pots。pots的codec（t8503）将这些回铃音pcm码进行处理后变成模拟信号送slic的rcvn和rcvp差分输入端，处理后再经slic的pt、pr输出给话机，使之发出回铃音，以提醒主叫被叫话机响铃。
·通话：当被叫摘机后，微处理器就停送回铃音给pots，此时主叫和被叫就可以通话了。通话过程如下：
当只使用某一个话机时，主叫的话音信号经slic送给codec；codec在对话音信号进行a/d变换等处理将话音信号转换成pcm码，在u接口的帧步和位同步作用下，经对其进行解码分成fs0、fs1后，由微处理器选择一空闲b通道，由数据线dx输出给u接口；同样，被叫话音信息pcm码则通过dr接收数据线被cotec接收，再经codec进行d/a变换等处理，输出模拟信号到slic的差分输入端（rcvn、rcvp），由slic处理后送给主叫，从而完成主叫与被叫的通话。
当pots的两个话机同时工作时，b1、b2两数据通道均被使用。此时，帧同步fs0、fs1反向，即当fs0有效时，fs1无效；反之亦然。由于是长帧工作模式，每个有效帧同步对应一个b数据通道8位数据，可通过微处理器控制fxsel和fxctl两信号来选择fs0或fs1，从而达到选择b1或b2数据通道的目的。 ·话终复原：通话完毕，若被叫先挂机，微处理器要对pots送忙音码，从而使主叫话机听到忙音；若主叫先挂机，则微处理器就进行相应的操作。
2.2被叫
·话机振铃：当pots话机作为被叫时，先由微处理器对slic进行控制和检测。若检测到对方呼叫pots话机，就控制slic产生铃流信号，频率与b2方波频率相同。该铃流信号通过slic的pt/pr输出到外接话机，使得话机产生振铃。振铃节奏由微处理器控制。
·截铃：当用户摘机，微处理器产生中断，微处理器执行中断了程序，停送铃流，使之进入通话状态。而后就进入双方通话状态，工作过程同主叫工作过程。