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ISDN網與普通電話接口（POTS）設計
摘要：POTS接口是連接網絡和普通電話的必備接口。介紹了實現電話與ISDN連接在POTS接口，給出了實現POTS接口的硬件詳細設計，并結合POTS及其接口信號敘述了POTS的工作過程。關鍵詞：ISDNPOTS企業上網設備
隨著網絡的發展，網絡帶這的增加，上網速度將越來越快。人們也不再僅限于上網，在追求上網的同時打網絡電話，實現與網友的相互交流。目前人們很大程度上依賴于傳統的ISDN上網，且在今后一段時間內，這種依賴不會發生很大變化。其于這種狀況，設計了針對企業的上網設備（簡稱“企業上網設備”），它實現了企業上網的同時又可打網絡電話雙重功能。企業上網設備的整體實現方案如圖1所示。
“企業上網設備”一端連接ISDN網，通過ISDN連接Internet，另一端通過以太網交換機芯片連接用戶端的以太網。另外在用戶端通過POTS電話機接口連接兩部電話機。
普通電話撥打和接收網絡話音，必須通過POTS接口才能進行。POTS接口是能夠連接普通電話與ISDN的接口設備，它能使兩部電話同時上網并與其它電話通信。本文對POTS接口進行闡述。
1POTS接口
要實現普通電話機與ISDN進行連接，需要專門的接口（POTS）電路，這個接口電路應該具有饋電、過壓保護、振鈴、監視、編解碼、信號音產生器等功能。其中，信號產生器產生各種信號音，可通過硬件或軟件方法來實現。若用軟件實現，則將這些信號音進行抽樣、量化、編碼成PCM數字信號后存在一個只讀存儲器中，然后再周期重復地讀出這些值就可以得到數字信號音。接口電路主要為用戶接口電路（SLIC）、編解碼和濾波器（CODEC），它相當于用戶音頻信號處理接口電路（SLAC）、DTMF電路。
1.1POTS組成
POTS接口采用LUCENT的L8576（SLIC）、L8503（CODEC）、保護保險絲、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與外接話機環路的中間接口。它具有如下功能：
·鈴流信號。能提供話機振鈴所需的鈴流，它是一負高壓交流信號。
·摘掛機檢測信號。它提供話機摘掛機時的微處理器檢測信號，微處理器根據該信號的變化來判別出話機的摘掛機情況。
·語音信號接口。它具有與CODEC與DTMF相連的模擬語音信號接口，完成從話機到CODEC與DTMF或從CODEC到話機的模擬語音信號連接；它是話機與CODEC聯系的間橋梁。
·用戶線接口，連接話機。
本設計采用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、環路監視和鈴流信號，它含有兩路SLIC通道，可外接兩部電話。該芯片內含鈴流產生電路，振鈴電源為-65V。
除了鈴流及饋電功能外，L8576B還提供了接收和發送通道、摘機檢測、振鈴間斷輸出功能。另外，它還具有溫度保護功能。
保護：L8576B除了溫度保護外，還具有過壓保護功能，對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，則必須外加保護器件（L7591）。
TIP/RING驅動：L8576B有TIP/RING驅動電路，其輸出為PT/RP。在正常通話方式下，驅動器限流為24mA以下，振鈴時則上升到大約85mA。
（2）CODEC：利用編解碼器、濾波器完成語音信號的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：
·數字接口：包括PCM接口、內部時序控制、增益控制。
PCM接口：管理傳送和接收PCM數據及幀同步控制。
PCM數據：PCM數據每125μs幀周期發生一次，數據時鐘CLK是2.048MHz，每幀有32個時隙，每個時隙8bit數據位。DX和DR為數據發送和接收數據，不發送數據時DX保持三態狀態，DR接收數據時才有效。
幀同步FS：T8503有四個幀同步（FSX和FSR）輸入，每一對對應一個通道。在一個125μs的幀里，每個幀同步提供一個單脈沖。幀同步可以出現在器件上電且MCLK作用于器件的任何時刻，幀同步脈沖的時序表時時隙的開始。在這時隙中，該通道的數據在數據時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主時鐘周期，它們可以獨立工作，對符合傳送和接收轉換的給定的通道可以將其連一起。在一個幀中，通道0和通道1傳送幀同步必須由一個或多個時隙彼分開。同樣，通道0和通道1接收幀同步也必須由一個或多個時隙彼此分開。除非這兩個通道接收同樣的PCM信號，此時，接收幀同步脈沖可連接在一起。
對T8503而言，對給定的通道，一幀中FSX和FSR只能發生一次，與FS的下降沿無關且其脈沖寬度不受限制，只要FS有效之前保持至少一個主時鐘周期，數據接口就能很好地工作。
·模擬口：包括偏置電路和參考源、A/D轉換、D/A轉換。
偏置電路和參考源：T8503僅需-+5V電源供電，參考源為+2.4V并由內部產生，不需外部附加電路。
A/D轉換：包括一輸入運放、帶通濾波器和譯碼器。
T8503內部還具有濾波電路對放大器輸出信號進行濾波，而后對XMT語音模擬信號采樣并按A率進行數字PCM轉換。
D/A轉換：解碼器PCM數據流轉換成模擬信號，輸出放大器單端輸出語音信號RCV，它能驅動2000Ω的負載。
（3）FS譯碼器：由于T8503具有雙通道，且各有自已的同步信號，同步信號不能同時有效，需相差一個或多個時隙、所以要將U接口送來的FS信號一分為二成FS0、FS1兩同步信號，分別作為通道0和通道1的同步信號。FS譯碼器由一可編程邏輯器件GAL16V8D來實現，具體電路如圖3所示。
F0SEL、F1SEL是同步信號選擇信號，為0選通有效，為1則選通無效。F01CTL是幀同步控制信號，該信號在GAL16V8D內將被一分為二為互為反相的兩幀同步信號控制信號，它們與FS（IDL_FSR/C）幀同步信號異或產生選擇B1、B2數據通道的同步信號FS0、FS1。假設F01CTL被分F0SEL、F1SEL兩信號且它們有效，則它們的波形關系如圖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XMT轉換成8421數字碼，并經由GAL16V8D變為POTS_Dva/POTS_DVb輸出信號。這些輸出均連接到微處理器，由微處理器處理這些數據進而判明撥號號碼。
（5）保護電路：用戶線接口電路（SLIC）要外加保護電路，以防損壞。采用0.35Ab保險絲作為SLIC的保護。
2POTS工作過程
2.1主叫
·用戶摘機：當用戶摘機時，SLIC輸出給微處理器（μP）終端信號，從而引起微處理器中斷。
·送撥號音：微處理器接到SLIC終端信號后，發生中斷。而后，微處理器執行送撥號音子程序，將存儲器中撥號音碼經U接口回環給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些撥號音PCM碼進行處理后變成模擬信號RCV輸出到SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，再經SLIC的PT、PR輸出給話機，使之發出撥號聲音。
·撥號：當主叫聽到撥號音后就可進行撥號。撥號模擬信號經SLIC輸出給DTMF（MC145436），DTMF將其變成二進制的8421碼并等數據有效后（Dva/DVb為高）送給微處理器，微處理器將號碼透明地傳送給U接口。
·號碼分析：微處理器接收到第一個撥號號碼后就會停止對POTS送撥號音信號并通過ISDN信令將號碼送U接口。局端交換機如果發現號碼有效，則通過信令通知微處理器，微處理器進行相應處理。
·若主叫所撥號碼符合要求，微處理器通過ISDN信令進行下一步處理。
·送回鈴音：若被叫忙，ISDN信令通知微處理器，微處理器執行送忙音子程序，將存儲器中事先存好的忙音經U接口回環給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些忙音PCM碼進行處理后變成模擬信號送SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，再經SLIC的PT、PR輸出給話機，使之發出忙音，以提醒主叫被叫忙。若被叫閑，則ISDN信令通知微處理器，微處理器就執行送回鈴音子程序，將存儲器中事先存好的回鈴音經U接口回環給POTS。POTS的CODEC（T8503）將這些回鈴音PCM碼進行處理后變成模擬信號送SLIC的RCVN和RCVP差分輸入端，處理后再經SLIC的PT、PR輸出給話機，使之發出回鈴音，以提醒主叫被叫話機響鈴。
·通話：當被叫摘機后，微處理器就停送回鈴音給POTS，此時主叫和被叫就可以通話了。通話過程如下：
當只使用某一個話機時，主叫的話音信號經SLIC送給CODEC；CODEC在對話音信號進行A/D變換等處理將話音信號
轉換成PCM碼，在U接口的幀步和位同步作用下，經對其進行解碼分成FS0、FS1后，由微處理器選擇一空閑B通道，由數據線DX輸出給U接口；同樣，被叫話音信息PCM碼則通過DR接收數據線被COTEC接收，再經CODEC進行D/A變換等處理，輸出模擬信號到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POTS的兩個話機同時工作時，B1、B2兩數據通道均被使用。此時，幀同步FS0、FS1反向，即當FS0有效時，FS1無效；反之亦然。由于是長幀工作模式，每個有效幀同步對應一個B數據通道8位數據，可通過微處理器控制FXSEL和FXCTL兩信號來選擇FS0或FS1，從而達到選擇B1或B2數據通道的目的。
·話終復原：通話完畢，若被叫先掛機，微處理器要對POTS送忙音碼，從而使主叫話機聽到忙音；若主叫先掛機，則微處理器就進行相應的操作。
2.2被叫
·話機振鈴：當POTS話機作為被叫時，先由微處理器對SLIC進行控制和檢測。若檢測到對方呼叫POTS話機，就控制SLIC產生鈴流信號，頻率與B2方波頻率相同。該鈴流信號通過SLIC的PT/PR輸出到外接話機，使得話機產生振鈴。振鈴節奏由微處理器控制。
·截鈴：當用戶摘機，微處理器產生中斷，微處理器執行中斷了程序，停送鈴流，使之進入通話狀態。而后就進入雙方通話狀態，工作過程同主叫工作過程。
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