ISDN网与普通电话接口（POTS）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。[page]

    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。[page]

    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。