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ISDN網(wǎng)與普通電話接口（POTS）設(shè)計(jì)
摘要：POTS接口是連接網(wǎng)絡(luò)和普通電話的必備接口。介紹了實(shí)現(xiàn)電話與ISDN連接在POTS接口，給出了實(shí)現(xiàn)POTS接口的硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)，并結(jié)合POTS及其接口信號(hào)敘述了POTS的工作過程。關(guān)鍵詞：ISDNPOTS企業(yè)上網(wǎng)設(shè)備
隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶這的增加，上網(wǎng)速度將越來越快。人們也不再僅限于上網(wǎng)，在追求上網(wǎng)的同時(shí)打網(wǎng)絡(luò)電話，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)友的相互交流。目前人們很大程度上依賴于傳統(tǒng)的ISDN上網(wǎng)，且在今后一段時(shí)間內(nèi)，這種依賴不會(huì)發(fā)生很大變化。其于這種狀況，設(shè)計(jì)了針對(duì)企業(yè)的上網(wǎng)設(shè)備（簡稱“企業(yè)上網(wǎng)設(shè)備”），它實(shí)現(xiàn)了企業(yè)上網(wǎng)的同時(shí)又可打網(wǎng)絡(luò)電話雙重功能。企業(yè)上網(wǎng)設(shè)備的整體實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。
“企業(yè)上網(wǎng)設(shè)備”一端連接ISDN網(wǎng)，通過ISDN連接Internet，另一端通過以太網(wǎng)交換機(jī)芯片連接用戶端的以太網(wǎng)。另外在用戶端通過POTS電話機(jī)接口連接兩部電話機(jī)。
普通電話撥打和接收網(wǎng)絡(luò)話音，必須通過POTS接口才能進(jìn)行。POTS接口是能夠連接普通電話與ISDN的接口設(shè)備，它能使兩部電話同時(shí)上網(wǎng)并與其它電話通信。本文對(duì)POTS接口進(jìn)行闡述。
1POTS接口
要實(shí)現(xiàn)普通電話機(jī)與ISDN進(jìn)行連接，需要專門的接口（POTS）電路，這個(gè)接口電路應(yīng)該具有饋電、過壓保護(hù)、振鈴、監(jiān)視、編解碼、信號(hào)音產(chǎn)生器等功能。其中，信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生各種信號(hào)音，可通過硬件或軟件方法來實(shí)現(xiàn)。若用軟件實(shí)現(xiàn)，則將這些信號(hào)音進(jìn)行抽樣、量化、編碼成PCM數(shù)字信號(hào)后存在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器中，然后再周期重復(fù)地讀出這些值就可以得到數(shù)字信號(hào)音。接口電路主要為用戶接口電路（SLIC）、編解碼和濾波器（CODEC），它相當(dāng)于用戶音頻信號(hào)處理接口電路（SLAC）、DTMF電路。
1.1POTS組成
POTS接口采用LUCENT的L8576（SLIC）、L8503（CODEC）、保護(hù)保險(xiǎn)絲、可編程邏輯器件GAL16V8D及MOTOROLA的MC145436（DTMF）。原理方塊圖如圖2所示。
1.2功能描述
�。�1）SLIC：SLIC是用戶線接口，它是CODEC與外接話機(jī)環(huán)路的中間接口。它具有如下功能：
·鈴流信號(hào)。能提供話機(jī)振鈴所需的鈴流，它是一負(fù)高壓交流信號(hào)。
·摘掛機(jī)檢測信號(hào)。它提供話機(jī)摘掛機(jī)時(shí)的微處理器檢測信號(hào)，微處理器根據(jù)該信號(hào)的變化來判別出話機(jī)的摘掛機(jī)情況。
·語音信號(hào)接口。它具有與CODEC與DTMF相連的模擬語音信號(hào)接口，完成從話機(jī)到CODEC與DTMF或從CODEC到話機(jī)的模擬語音信號(hào)連接；它是話機(jī)與CODEC聯(lián)系的間橋梁。
·用戶線接口，連接話機(jī)。
本設(shè)計(jì)采用LUCENT的L8576B芯片，它是具有PLCC封裝44只引腳的雙用戶線接口電路。每一路能提供直流饋電、環(huán)路監(jiān)視和鈴流信號(hào)，它含有兩路SLIC通道，可外接兩部電話。該芯片內(nèi)含鈴流產(chǎn)生電路，振鈴電源為-65V。
除了鈴流及饋電功能外，L8576B還提供了接收和發(fā)送通道、摘機(jī)檢測、振鈴間斷輸出功能。另外，它還具有溫度保護(hù)功能。
保護(hù)：L8576B除了溫度保護(hù)外，還具有過壓保護(hù)功能，對(duì)普通的過壓保雙僅需在TIP和RING端串接電阻即可。然而，為了防止線路短路或雷擊而損壞器件，則必須外加保護(hù)器件（L7591）。
TIP/RING驅(qū)動(dòng)：L8576B有TIP/RING驅(qū)動(dòng)電路，其輸出為PT/RP。在正常通話方式下，驅(qū)動(dòng)器限流為24mA以下，振鈴時(shí)則上升到大約85mA。
�。�2）CODEC：利用編解碼器、濾波器完成語音信號(hào)的A/D與D/A變換，其PCM接口與外部U接口相接，而模擬口與SLIC相接。
本方案采用LUCENT公司的T8503，其接口功能如下：
·數(shù)字接口：包括PCM接口、內(nèi)部時(shí)序控制、增益控制。
PCM接口：管理傳送和接收PCM數(shù)據(jù)及幀同步控制。
PCM數(shù)據(jù)：PCM數(shù)據(jù)每125μs幀周期發(fā)生一次，數(shù)據(jù)時(shí)鐘CLK是2.048MHz，每幀有32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙8bit數(shù)據(jù)位。DX和DR為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)DX保持三態(tài)狀態(tài)，DR接收數(shù)據(jù)時(shí)才有效。
幀同步FS：T8503有四個(gè)幀同步（FSX和FSR）輸入，每一對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)通道。在一個(gè)125μs的幀里，每個(gè)幀同步提供一個(gè)單脈沖。幀同步可以出現(xiàn)在器件上電且MCLK作用于器件的任何時(shí)刻，幀同步脈沖的時(shí)序表時(shí)時(shí)隙的開始。在這時(shí)隙中，該通道的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)時(shí)鐘作用下輸入或輸出。FSX和FSR高有效，且必須保持高至少一個(gè)主時(shí)鐘周期，它們可以獨(dú)立工作，對(duì)符合傳送和接收轉(zhuǎn)換的給定的通道可以將其連一起。在一個(gè)幀中，通道0和通道1傳送幀同步必須由一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙彼分開。同樣，通道0和通道1接收幀同步也必須由一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙彼此分開。除非這兩個(gè)通道接收同樣的PCM信號(hào)，此時(shí)，接收幀同步脈沖可連接在一起。
對(duì)T8503而言，對(duì)給定的通道，一幀中FSX和FSR只能發(fā)生一次，與FS的下降沿?zé)o關(guān)且其脈沖寬度不受限制，只要FS有效之前保持至少一個(gè)主時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)接口就能很好地工作。
·模擬口：包括偏置電路和參考源、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換。
偏置電路和參考源：T8503僅需-+5V電源供電，參考源為+2.4V并由內(nèi)部產(chǎn)生，不需外部附加電路。
A/D轉(zhuǎn)換：包括一輸入運(yùn)放、帶通濾波器和譯碼器。
T8503內(nèi)部還具有濾波電路對(duì)放大器輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，而后對(duì)XMT語音模擬信號(hào)采樣并按A率進(jìn)行數(shù)字PCM轉(zhuǎn)換。
D/A轉(zhuǎn)換：解碼器PCM數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，輸出放大器單端輸出語音信號(hào)RCV，它能驅(qū)動(dòng)2000Ω的負(fù)載。
�。�3）FS譯碼器：由于T8503具有雙通道，且各有自已的同步信號(hào)，同步信號(hào)不能同時(shí)有效，需相差一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙、所以要將U接口送來的FS信號(hào)一分為二成FS0、FS1兩同步信號(hào)，分別作為通道0和通道1的同步信號(hào)。FS譯碼器由一可編程邏輯器件GAL16V8D來實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖3所示。
F0SEL、F1SEL是同步信號(hào)選擇信號(hào)，為0選通有效，為1則選通無效。F01CTL是幀同步控制信號(hào)，該信號(hào)在GAL16V8D內(nèi)將被一分為二為互為反相的兩幀同步信號(hào)控制信號(hào)，它們與FS（IDL_FSR/C）幀同步信號(hào)異或產(chǎn)生選擇B1、B2數(shù)據(jù)通道的同步信號(hào)FS0、FS1。假設(shè)F01CTL被分F0SEL、F1SEL兩信號(hào)且它們有效，則它們的波形關(guān)系如圖4所示。
本方案擬采用MOTOROLA公司的MC145436（2片）作為DTMF芯片，它將語音模擬信號(hào)XMT轉(zhuǎn)換成8421數(shù)字碼，并經(jīng)由GAL16V8D變?yōu)镻OTS_Dva/POTS_DVb輸出信號(hào)。這些輸出均連接到微處理器，由微處理器處理這些數(shù)據(jù)進(jìn)而判明撥號(hào)號(hào)碼。
�。�5）保護(hù)電路：用戶線接口電路（SLIC）要外加保護(hù)電路，以防損壞。采用0.35Ab保險(xiǎn)絲作為SLIC的保護(hù)。
2POTS工作過程
2.1主叫
·用戶摘機(jī)：當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，SLIC輸出給微處理器（μP）終端信號(hào)，從而引起微處理器中斷。
·送撥號(hào)音：微處理器接到SLIC終端信號(hào)后，發(fā)生中斷。而后，微處理器執(zhí)行送撥號(hào)音子程序，將存儲(chǔ)器中撥號(hào)音碼經(jīng)U接口回環(huán)給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些撥號(hào)音PCM碼進(jìn)行處理后變成模擬信號(hào)RCV輸出到SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，再經(jīng)SLIC的PT、PR輸出給話機(jī)，使之發(fā)出撥號(hào)聲音。
·撥號(hào)：當(dāng)主叫聽到撥號(hào)音后就可進(jìn)行撥號(hào)。撥號(hào)模擬信號(hào)經(jīng)SLIC輸出給DTMF（MC145436），DTMF將其變成二進(jìn)制的8421碼并等數(shù)據(jù)有效后（Dva/DVb為高）送給微處理器，微處理器將號(hào)碼透明地傳送給U接口。
·號(hào)碼分析：微處理器接收到第一個(gè)撥號(hào)號(hào)碼后就會(huì)停止對(duì)POTS送撥號(hào)音信號(hào)并通過ISDN信令將號(hào)碼送U接口。局端交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)號(hào)碼有效，則通過信令通知微處理器，微處理器進(jìn)行相應(yīng)處理。
·若主叫所撥號(hào)碼符合要求，微處理器通過ISDN信令進(jìn)行下一步處理。
·送回鈴音：若被叫忙，ISDN信令通知微處理器，微處理器執(zhí)行送忙音子程序，將存儲(chǔ)器中事先存好的忙音經(jīng)U接口回環(huán)給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些忙音PCM碼進(jìn)行處理后變成模擬信號(hào)送SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，再經(jīng)SLIC的PT、PR輸出給話機(jī)，使之發(fā)出忙音，以提醒主叫被叫忙。若被叫閑，則ISDN信令通知微處理器，微處理器就執(zhí)行送回鈴音子程序，將存儲(chǔ)器中事先存好的回鈴音經(jīng)U接口回環(huán)給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些回鈴音PCM碼進(jìn)行處理后變成模擬信號(hào)送SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，處理后再經(jīng)SLIC的PT、PR輸出給話機(jī)，使之發(fā)出回鈴音，以提醒主叫被叫話機(jī)響鈴。
·通話：當(dāng)被叫摘機(jī)后，微處理器就停送回鈴音給POTS，此時(shí)主叫和被叫就可以通話了。通話過程如下：
當(dāng)只使用某一個(gè)話機(jī)時(shí)，主叫的話音信號(hào)經(jīng)SLIC送給CODEC；CODEC在對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行A/D變換等處理將話音信號(hào)
轉(zhuǎn)換成PCM碼，在U接口的幀步和位同步作用下，經(jīng)對(duì)其進(jìn)行解碼分成FS0、FS1后，由微處理器選擇一空閑B通道，由數(shù)據(jù)線DX輸出給U接口；同樣，被叫話音信息PCM碼則通過DR接收數(shù)據(jù)線被COTEC接收，再經(jīng)CODEC進(jìn)行D/A變換等處理，輸出模擬信號(hào)到SLIC的差分輸入端（RCVN、RCVP），由SLIC處理后送給主叫，從而完成主叫與被叫的通話。
當(dāng)POTS的兩個(gè)話機(jī)同時(shí)工作時(shí)，B1、B2兩數(shù)據(jù)通道均被使用。此時(shí)，幀同步FS0、FS1反向，即當(dāng)FS0有效時(shí)，F(xiàn)S1無效；反之亦然。由于是長幀工作模式，每個(gè)有效幀同步對(duì)應(yīng)一個(gè)B數(shù)據(jù)通道8位數(shù)據(jù)，可通過微處理器控制FXSEL和FXCTL兩信號(hào)來選擇FS0或FS1，從而達(dá)到選擇B1或B2數(shù)據(jù)通道的目的。
·話終復(fù)原：通話完畢，若被叫先掛機(jī)，微處理器要對(duì)POTS送忙音碼，從而使主叫話機(jī)聽到忙音；若主叫先掛機(jī)，則微處理器就進(jìn)行相應(yīng)的操作。
2.2被叫
·話機(jī)振鈴：當(dāng)POTS話機(jī)作為被叫時(shí)，先由微處理器對(duì)SLIC進(jìn)行控制和檢測。若檢測到對(duì)方呼叫POTS話機(jī)，就控制SLIC產(chǎn)生鈴流信號(hào)，頻率與B2方波頻率相同。該鈴流信號(hào)通過SLIC的PT/PR輸出到外接話機(jī)，使得話機(jī)產(chǎn)生振鈴。振鈴節(jié)奏由微處理器控制。
·截鈴：當(dāng)用戶摘機(jī)，微處理器產(chǎn)生中斷，微處理器執(zhí)行中斷了程序，停送鈴流，使之進(jìn)入通話狀態(tài)。而后就進(jìn)入雙方通話狀態(tài)，工作過程同主叫工作過程。
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