摘  要: POTS接口是连接网络和普通电话的必备接口。介绍了实现电话与ISDN连接的POTS接口,给出了实现POTS接口的硬件详细设计,并结合POTS及其接口信号叙述了POTS的工作过程。 

　　关键词: ISDN  POTS  企业上网设备 

    随着网络的发展,网络带宽的增加,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。基于这种状况,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路话音,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话。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" title="接口电路">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。 

1.1 POTS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。 

　　·话音信号接口。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联系的中间桥梁。 

　　·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,对普通的过压保护仅需在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/PR。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。 

　　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" title="帧同步">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" title="时隙">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作用于器件后的任何时刻,帧同步脉冲的时序表明时隙的开始。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在一起。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此分开。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仅需一+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" title="模拟信号">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,且各有自己的同步信号" title="同步信号">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被分为F0SEL、F1SEL两信号且它们有效,则它们的波形关系如图4所示。 

　　(4)DTMF:将拨号模拟信号转变成二进制数字信号。 

　　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。 

　　⑸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。 

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以进行拨号。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,微处理器将该号码透明地传送给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误,则通过信令通知微处理器,微处理器进行相应的处理。 

　　·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接口的帧同步和位同步作用下,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,微处理器执行中断子程序,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。 

参考文献 

1 http://199.104.132.208/collateral/M955038581657 collateral.htm. MC145572 ISDN U-Interface Transceiver  Motorola.Inc. 1998. 

2 ww.levell.com\ LX905 Universal 10BASE-T Transceiver with 3.3V Support  Level One Communications,Inc. 

3 乐郑友,杨为理.程控数字交换机硬件软件及应用.北京:清华大学出版社,1995年8月 

4 www.lucent.com \T8502 and T8503 Dual PCM Codecs with Filters 

5 www.locent.com \POTS for ISDN,WLL,and FITL/FITH Applications Featuring Ringing SLIC Solution