單片四路E1收發(fā)器DS21Q59及其應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

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概述

E1是ITU-T制定并由歐洲郵政與電信協(xié)會(huì)（CEPT）命名的數(shù)字傳輸系統(tǒng)群（即PCM30）標(biāo)準(zhǔn)，由32個(gè)64kbps的PCM話(huà)路經(jīng)過(guò)分時(shí)復(fù)用形成，其傳輸速率為2.048Mbps，其中30個(gè)話(huà)路傳輸語(yǔ)音等用戶(hù)信息，另兩個(gè)話(huà)路作為系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，傳輸同步碼、信令碼及其他輔助信號(hào)。E1接口的物理及電特性符合CCITT的G.703標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)也采用E1標(biāo)準(zhǔn)作為PCM系統(tǒng)和N-ISDN的基群。目前，建立在G.703基礎(chǔ)上的E1接口在分組網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、GSM移動(dòng)基站及軍事通信中得到廣泛的應(yīng)用，傳送語(yǔ)音信號(hào)、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務(wù)。E1接口主要由線(xiàn)路接口單元和成幀器組成。本文介紹一種E1收發(fā)器芯片DS21Q59的基本原理及其在數(shù)字程控用戶(hù)交換機(jī)中的應(yīng)用。

DS21Q59的性能與特點(diǎn)

DS21Q59是美國(guó)MAXIM公司出品的單片四路E1收發(fā)器芯片，是一種優(yōu)化的高密度E1線(xiàn)路終端。它包含四個(gè)由線(xiàn)路接口單元（LIU）和成幀器組成的完全獨(dú)立的收發(fā)器，具備了連接四條E1線(xiàn)路所需的各種功能，并且還有一個(gè)TDM背板接口，用于在片內(nèi)進(jìn)行多路E1信號(hào)的交叉復(fù)用。該芯片是制作四路E1數(shù)字中繼接口的選擇，可廣泛用于路由器、復(fù)用器、接入設(shè)備、數(shù)字程控交換機(jī)及信道服務(wù)單元（CSU）與數(shù)據(jù)服務(wù)單元（DSU）中。

DS21Q59具有以下的性能及特點(diǎn)：·有4個(gè)完整的E1收發(fā)器；·遠(yuǎn)程及近程LIU，且接收靈敏度可調(diào)，為-43dB，為0dB；

·32/128位的無(wú)晶振抖動(dòng)抑制器，用于消除時(shí)鐘或數(shù)據(jù)的相位抖動(dòng)；

·片內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘合成器能夠產(chǎn)生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等幾種時(shí)鐘，用于多路E1信號(hào)的交叉式PCM總線(xiàn)工作（IBO）方式；

·支持隨路信令（CAS）和公共信道信令（CCS）；

·接收通路有兩幀容量的滑動(dòng)緩沖存儲(chǔ)器,用于消除接收數(shù)據(jù)與背板異步時(shí)鐘之間的相位差和頻率差；

·具備循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）及偽隨機(jī)序列（PRBS）的產(chǎn)生與檢測(cè)功能；

·能夠檢測(cè)并產(chǎn)生遠(yuǎn)端告警及AIS告警；

·四個(gè)收發(fā)器具有獨(dú)立的環(huán)回診斷能力，包括遠(yuǎn)端環(huán)回、本地環(huán)回與幀環(huán)回；

·多達(dá)59個(gè)寄存器可由用戶(hù)根據(jù)使用情況進(jìn)行相關(guān)配置；

·器件配置和功能實(shí)現(xiàn)可由外部處理器通過(guò)并口或SPI串口進(jìn)行；

·附加的8根輸出引腳（每個(gè)收發(fā)器2根）可由用戶(hù)靈活配置使用；

·采用低功耗CMOS工藝，+3.3V單電源供電；

·封裝形式采用100引腳的引線(xiàn)四邊扁平塑料（LQFP）封裝；

·符合ITU-T的G.703、G.704以及G.732等E1標(biāo)準(zhǔn)。

DS21Q59的基本工作原理

DS21Q59芯片主要集成了線(xiàn)路接口單元和成幀器功能，由外部的控制器或處理器通過(guò)串口或并口總線(xiàn)對(duì)芯片實(shí)施控制與功能配置。圖1是DS21Q59內(nèi)部功能框圖（圖中只畫(huà)出了四個(gè)收發(fā)器中的一個(gè)）。TSER1是發(fā)送串行數(shù)據(jù)流的輸入端，RSER1是接收串行數(shù)據(jù)流的輸出端。

線(xiàn)路接口單元包括發(fā)送接口、接收接口和抖動(dòng)抑制器，由LICR寄存器控制。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送成幀器提供E1傳輸所必須的幀和復(fù)幀數(shù)據(jù)開(kāi)銷(xiāo)，背板接口部分為成幀器提供時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和幀同步信號(hào)，由成幀器插入適當(dāng)?shù)膸酱a型和告警信息，并通過(guò)計(jì)算插入CRC碼字，然后完成AMI和HDB3編碼；利用一組經(jīng)過(guò)激光修整的延遲線(xiàn)和一個(gè)精密的D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生波形，發(fā)送到E1線(xiàn)路上去。波形的產(chǎn)生要根據(jù)使用的傳輸介質(zhì)的情況，產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)波形，分別用于75的同軸電纜或120的雙絞線(xiàn)對(duì)傳輸。發(fā)送波形通常通過(guò)一個(gè)1：2的升壓變壓器耦合到同軸線(xiàn)或屏蔽的雙絞線(xiàn)對(duì)上去。

接收時(shí)，E1波形從RRING和RTIP引腳進(jìn)入芯片，首先進(jìn)行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)，經(jīng)過(guò)抖動(dòng)抑制器送到接收成幀器；接收成幀器完成對(duì)AMI和HDB3線(xiàn)路碼的解碼及數(shù)據(jù)流的同步，確定幀和復(fù)幀的碼型，同時(shí)完成CRC碼字的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，檢測(cè)接收到的AIS、同步丟失以及對(duì)端告警等各種告警信號(hào)，并為背板接口部分提供時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和幀同步信號(hào)。接收通路有兩幀容量的滑動(dòng)緩沖存儲(chǔ)器，可通過(guò)RCR寄存器控制啟用，用于消除接收數(shù)據(jù)與背板異步時(shí)鐘SYSCLK之間的相位差和頻率差。

用戶(hù)通過(guò)設(shè)置CCR5寄存器的IRTSEL位（CCR5.4），即可實(shí)現(xiàn)DS21Q59芯片與75或120接收終端的匹配。也可以使用內(nèi)部的終端功能，此時(shí)，外部終接電阻為120（一般為兩只60電阻串聯(lián)），將IRTSEL位置為1，使DS21Q59的內(nèi)部電阻與外部電阻相并聯(lián)，從而將端接電阻調(diào)整到75。

每個(gè)收發(fā)器都有一個(gè)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)抖動(dòng)抑制器，通過(guò)LICR寄存器的JAS位（即D3位），可以將其配置到發(fā)送通路中，也可以配置到接收通路中，用于從發(fā)送或接收信號(hào)中消除相位抖動(dòng)。也可以選擇不用此項(xiàng)功能。

OUTA和OUTB是用戶(hù)選用輸出口，根據(jù)需要可靈活配置。通過(guò)控制OUTAC寄存器，可以使OUTA口輸出CMI碼，用于直接驅(qū)動(dòng)光接口。寄存器SA1~SA16用于存儲(chǔ)發(fā)送和接收信令。接收信令時(shí)，信令數(shù)據(jù)從接收的E1數(shù)據(jù)流TS16時(shí)隙取樣得到，暫存到接收信令緩沖器，主機(jī)通過(guò)對(duì)SA1~SA16的讀操作，得到信令數(shù)據(jù)。發(fā)送信令時(shí)，往SA1~SA16中寫(xiě)入數(shù)據(jù)，在控制寄存器CCR6的D3位為1時(shí)，將發(fā)送緩沖器的信令數(shù)據(jù)插入到發(fā)送數(shù)據(jù)流的TS16時(shí)隙中。

片內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘合成器能夠產(chǎn)生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等頻率的時(shí)鐘，既為每個(gè)收發(fā)器提供時(shí)鐘，還可以為多路E1信號(hào)的交叉總線(xiàn)（InterleaveBusOperation-簡(jiǎn)稱(chēng)IBO）方式提供時(shí)鐘。以IBO方式工作時(shí)，每個(gè)收發(fā)器的接收緩沖存儲(chǔ)器都必須啟用，系統(tǒng)時(shí)鐘合成器允許任意一條E1線(xiàn)路被選中作為系統(tǒng)的參考時(shí)鐘源，16.384MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘支持多8個(gè)E1數(shù)據(jù)流復(fù)用到單條高速PCM總線(xiàn)上（用兩片DS21Q59實(shí)現(xiàn)），高速的PCM串行數(shù)據(jù)流?quot;TSER1引腳輸入、從RSER1輸出。實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能不需要附加其他的外部邏輯。這樣，可以減少外部硬件，節(jié)省印刷板空間，并降低成本。

外部處理器通過(guò)對(duì)DS21Q59控制寄存器的操作完成芯片的初始化，即功能配置。DS21Q59的用戶(hù)可用寄存器多達(dá)59個(gè)，分為控制寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器等幾類(lèi)。狀態(tài)寄存器用于存儲(chǔ)E1線(xiàn)路的狀態(tài)信息；而數(shù)據(jù)寄存器主要用于信令存儲(chǔ)。

DS21Q59在數(shù)字程控交換機(jī)中的應(yīng)用

DS21Q59適合作為程控交換機(jī)的數(shù)字中繼接口，能夠提供120路數(shù)字中繼，它既支持中國(guó)1號(hào)信令，也支持國(guó)際7號(hào)信令。圖2給出了一種在數(shù)字程控交換機(jī)上使用的電路連接框圖。

本應(yīng)用中，DS21Q59工作在IBO方式，這樣可以減少背板的連線(xiàn)，使印制板布線(xiàn)簡(jiǎn)單。CPU的工作時(shí)鐘為16.384MHz，DS21Q59芯片內(nèi)合成器產(chǎn)生的8.192MHz時(shí)鐘輸出到各收發(fā)器的SYSCLK，既作為發(fā)送成幀器的時(shí)鐘，又作為接收滑動(dòng)緩沖器的時(shí)鐘，片內(nèi)的鎖相環(huán)路能夠保證收發(fā)時(shí)鐘的同步?？删幊绦酒珽PM7032為DS21Q