基于PBL38710的话音通信用户接口模块设计

1、一、 设计目的1 在全面正确理解设计课题及其任务要求的基础上，对设计课题进行整体介绍；2 根据课题设计要求，进行设计方案的论证和选择；3 对课题设计所涉及的单片机、FPGA或DSP等硬件及其开发环境和工具，及汇编语言等软件开发语言进行有针对性的简介；4 具体的硬件设计电路介绍，给出原理图，并对电路设计过程进行详细介绍，这是本设计报告的主要内容；5 对软件开发过程进行详细介绍，给出主要的源程序代码，并进行相应的解释说明，这是本设计报告的另一主要内容；6 对整个课程设计工作进行总结。二、 设计原理及过程用户线接口电路(Subscriber Line Interface Circuit, SLIC)

2、一般具有B(馈电),R(振铃),S(监视),C(编译码),H(混合),T(测试),O(过压保护)7大功能。传统的用户线接口电路都少不了铃流发生器和继电器,电路体积庞大,使用不便。自从爱立信公司推出用户线接口电路芯片PBL38710/1后,情况大为改观。这种芯片在振铃电路的设计上做了重大改进,去掉了铃流发生器等装置,使用户电路的体积大大减小,外围电路也非常简单,不但减小PCB面积,降低了成本,而且使用也非常方便;即使在供电电压低至-21V时也能正常工作。本文从应用角度出发,介绍PBL38710的原理及应用。1、芯片简介图1为PBL38710/1引脚排列,可以看出,PBL38710/1共有28个引

3、脚,采用PLCC封装。下面分别列出各引脚功能。引脚1(BGND):电池地,须与AGND连接。引脚2(VBAT2):低电池供电端。引脚3(VBAT):高电池供电端。引脚4(VCC):+5V电源端。引脚5(HB):在待机状态时提供高电池馈电,这时能够提供高的开环电压,(通过控制引脚进行状态切换)。引脚6(NC):空引脚(注:此引脚并未与芯片内部相连,留做以后使用,切记必须悬空,以下同)。引脚7(VR):振铃信号端,任意波形的低电压振铃信号在这里输入。引脚8(RSG):内部饱和防护电阻RSG由此接线端接到VEE。 图1 PBL38710/1引脚引脚9(E1):与TTL兼容的使能输入端,控制DET(引

4、脚11)的输出。引脚10(VBAT):这个引脚通常在内部与VBAT(-48V)相连。引脚11(DET):检测器输出端。与控制输入端C1,C2及使能输入端E1有关,DET输出低电平时为选择的检测器被触发,DET为内部带有上拉电阻(约15k8)的集电极开路输出。引脚12(C2):与TTL兼容输入端,用于控制SLIC的工作状态。引脚13(C1):同引脚12。引脚14(RDC):与RSN(引脚16)之间接有2只串联电阻,用来编程恒流馈电,电阻的接点需对交流隔离(对地接电容)。引脚15(AGND):模拟地,须与BGND连接。引脚16(RSN):输入信号汇接点。恒流馈电、二线阻抗及接收增益的编程网络均连接

5、到RSN端。引脚17(VBAT):在芯片内部通常与3脚相连。引脚18(VEE):-5V电源端。引脚19(VTX):音频输出端。TIPX和RINGX间的交流电压不同,由VTX输出一个新的对地非平衡信号。VTX和RSN之间接有二线阻抗编程网络。引脚20(HPT):交流直流隔离电容CHP的一端,CHP的另一端接引脚HPR(引脚21)。引脚21(HPR):交流直流隔离电容CHP的另一端,CHP的另一端接引脚HPT(引脚20)。引脚22(RD):摘机检测编程电阻RD与滤波器电容CD并联后由此引脚连接到VEE。引脚23(RDR):与振铃检测电阻相连。引脚24(VBAT):同引脚17。引脚25(NC):空引

6、脚。引脚26(TIPX)、引脚27(RINGX):这2个引脚经过压保护接到二线接口的TIP和RING端。引脚28(NC):空引脚2、PBL387101的特性 (1)除去了振铃继电器和传统的铃流发生器; (2)支持正弦波和梯形波振铃; (3)支持高电压振铃信号(-85V电池供电); (4)片内自动电池馈电切换; (5)可编程电池馈电; (6)供电电压可低至-21V,用于低功耗线路设计; (7)低挂机功耗; (8)环路电流、振铃和地键检测功能; (9)可编程环路电流检测器门限; (10)可编程振铃检测器门限; (11)与所有类型编程器滤波器的混合功能; (12)可编程线路终端阻抗; (13)挂机传

7、输。 (14)用户环路电源故障时振铃电路开路3、 结构组成及工作原理通过图2我们可以看出,PBL38710/1主要由二线接口(Two wire Interface),振铃检测(Ring Trip Detector),地键检测(Ground Key Detector),线路馈电控制及纵向信号抑制(Line Feed Controllerand Longitudinal Signal Suppression),摘机检测(Off hook Detector),话音信号传输(VF Signal Transmission),振铃控制(Ringing Control),电池切换(Battery switc

8、h),输入检测控制(Input Decoderand Control)等几部分组成。下面进行简要说明。 （1）电池馈电当振铃电压VTR低于饱和防护电压值VSGREF时,用户接口电路将在活动状态下表现为恒定的电流馈电形式,这个电流的取值与实际电池电压值无关。当振铃电压值超过VSGREF值时,馈电电流将变为近似恒定的值,这时,用户接口电路将自动调整振铃电压VTR为最大安全电压值。 图2 结构框图当用户接口电路处于待机状态时(C1=1,C2=1),电池将处于持续馈电状态,同时电池从VBAT2馈电切换到VBAT馈电,以便使环路开路电压尽可能达到最大值。当用户接口电路处于振铃状态时,VBAT可使馈电电压

9、尽可能达到一个最大值,同时断开电池馈电编程连接。 （2）环路监视功能环路电流、地键和振铃检测器的状态都是基于同一个公共输出端DET,并且这3个检测器都是通过输入控制来决定与公共输出端DET的连接。环路电流检测器环路电流检测器用来检测用户的摘机状态,此时DET为逻辑低电平。环路电流的门限值ILTh可通过选择环路电流编程电阻RD的阻值来确定。RD位于引脚RD与VEE之间。地键检测器地键检测器用来指示地键的状态,当地键压下(激活)时,DET输出逻辑低电平。地键检测器电路可以检测TIPX和RINGX中的电流差。振铃检测器振铃检测器通过DET输出逻辑低电平来确定是否振铃变为摘机状态,此时线路阻抗发生改变

10、,因而可检测到线路电流的变化。同样环路电流的门限值ILTh可通过选择电阻RDR的阻值来确定。RDR位于引脚RDR与VEE之间。 (3)控制输入用户接口电路PBL387101有4个兼容TTL的数字输入端HB,E1,C2和C1。在SLIC内部有一个译码器解释输入条件并设置命令操作状态,如表1所示工作状态HBE1C2C1DET输出电池馈电开路××00逻辑电平高元振铃××01振铃检测VBAT有源×010地键检测CBAT2有源×110环流检测VBAT2待机0011地键检测VBAT2待机0111环流检测VBAT2待机1011地键检测VBAT待机1

11、111环流检测VBAT注：“×”表示无关开路状态(C2=0,C1=0)在开路状态TIPX和RINGX线路驱动放大器以及其他的电路模块均为省电模式,这是因为SLIC对线路呈高阻抗。此时功耗最小,没有检测器处于激活状态。振铃状态(C2=0,C1=1)当选择振铃状态时,为得到高电压振铃信号,电池馈电选用高电压VBAT。SLIC将自动切换到这个高电压。在引脚VR低电压振铃信号被放大并转换为平衡振铃信号后送到用户端。激活状态(C2=1,C1=0)此时音频信号正常传输,环路电流检测器和地键检测器均处于激活状态,E1控制检测器的选择输出到DET端。待机状态(C2=1,C1=1)这种状态下禁止信号传

12、输,线路驱动放大器处于断开状态,环路馈电也处于持续阶段。电池切换输入信号HB控制馈电电池的选择。 使能输入(E1)与TTL兼容的输入端E1控制激活状态和待机状态时DET端输出的功能。在开路状态和振铃状态,基于输入信号C2和C1的不同,由SLIC自动完成检测器与DET的连接。如表1所示。电池切换控制(HB)在待机状态下,与TTL兼容的输入端HB控制电池在引脚VBAT的VBAT和引脚VBAT2的VBAT2之间进行切换,此时VBAT>VBAT2(注:由C2和C1确定的振铃状态后SLIC将自动切换到VBAT)。 (4)过压保护PBL387101在电话线上必须进行过压保护,以防止闪电及交流电的接触

13、和感应造成的故障。 (5)加电顺序必须保证引脚VBAT的基本电压总是比其他任何脚上的电压更负,最优的加电顺序是:地、VBAT和其他电源、信号端。 (6)印刷电路板的设计在进行PCB布线时特别要注意合理性,连接到引脚RSN的元件在布线时应尽可能接近引脚RSN,这样可以保证在引脚RSN没有干扰;可采取环绕一圈地的方法。在PCB上应将模拟地(AGND)与电池地(BGND)连接起来。使用中的注意事项 （1）必须保证脚VBAT的电压比其它任何脚上的电压更负，最理想的加电顺序是：地、VBAT、其它电源、信号端。为确保在脚VBAT上有更负的电压，可在VEE和脚VBAT之间接保护二极管DBE。脚VBAT和VB

14、AT2的上电速率不能超过由5.1电阻和0.47F电容组成的RC网络的时间常数。 （2）在PCB布线时，连接到脚RSN的元件应尽可能靠近RSN，以减少干扰；在PCB上应将模拟地（AGND）与电池地（BGND）用一点连接起来。 （3）为防电话线上的过压，对PBL38710/1进行过压保护是必要的。图3中保护电路采用TISP61089过压保护器及限流电压RF1和RF2作为次级保护。4、 在用户电路中的应用PBL38710/1在用户电路中的连接如图3所示。用户话机通过TIP,RING线与OVP相连,然后接至PBL38710/1的TIPX和RINGX引脚。OVP为过压保护器,可防止电话线上的过压(主要是

15、对地保护与抗雷电保护等)。PBL38710/1完成用户摘挂机检测、馈电、2/4线变换、振铃等功能。图4为语言发送支路,由PBL38710/1的VTX端输出的话音信号送至运放TL082放大输出(VIT1)。图5为在话音接收支路,接收的模拟信号(VIR1)经运放TL082放大输入到PBL38710/1中。在这里,接收支路接收的信号有来自PCM单元的话音信号、拨号音信号、忙音信号、回铃音信号等。这些不同的信号经由CD4066模拟开关电路,由主处理器(这里未画出)控制选择其中的一个信号送入用户接口电路PBL38710/1中,从而实现电话用户的连接。额定电流应大于或等于线路计算电流1。可选用C45M型断

16、路器产品2,如C45AD2P(用于动力线路控制和保护,极数为两极)和C45Mvigi2p(用于有漏电保护功能的漏电断路器,极数为两极)。(4)交流接触器(图1的1KM和4KM)的额定电流应约为被控设备额定电流的1125倍。可选用GMC系列交流接触器。如GMC12220和GMC18220等。(5)液位控制器选用2位控制的YK1。3.4 使用中的注意事项（1）必须保证脚VBAT的电压比其它任何脚上的电压更负，最理想的加电顺序是：地、VBAT、其它电源、信号端。为确保在脚VBAT上有更负的电压，可在VEE和脚VBAT之间接保护二极管DBE。脚VBAT和VBAT2的上电速率不能超过由5.1电阻和0.4

17、7F电容组成的RC网络的时间常数。（2）在PCB布线时，连接到脚RSN的元件应尽可能靠近RSN，以减少干扰；在PCB上应将模拟地（AGND）与电池地（BGND）用一点连接起来。（3）为防电话线上的过压，对PBL38710/1进行过压保护是必要的。图3中保护电路采用TISP61089过压保护器及限流电压RF1和RF2作为次级保护。6、用户线接口电路原理 为简单和经济起见，反映用户状态的信号一般都是直流信号，当用户摘机时，用户环路闭合，在用户线上有直流电流流过。主叫摘机表示呼叫信号，被叫摘机，则表示应答信号。当用户挂机时，用户环路断开，用户线上的直流电流也断开，因此交换机可以通过检测用户线上直流电

18、流的有无来区分用户状态。 TP14-TP24-TP34-TP44TP13-TP23-TP33-TP43TP12-TP22-TP32-TP42TP11-TP21-TP31-TP41 由于4个用户线接口电路的测量点相同，即： TP14：振铃控制信号输入，高电平有效。即工作时为高电平，常态为低电平。 TP13：摘挂机状态检测测量点。挂机：TP13=低电平；摘机：TP13=高电平。 TP12：通信时有接收话音波形：摘机后拨号前有450 Hz拨号音信号；不通时则此点无波形。 TP11：通信时有发送话音波形；拨号时有瞬间DTMF波形；不通信时则此点无波形。 当用户听到450 Hz拨号音信号时，用户开始拨电话号码，双音多频号码检测电路检测到号码时通知CPU进行处理，CPU命令450 Hz拨号音发生器停止送拨号音，用