用戶線接口芯片LE88221的原理及應(yīng)用

0 引言
    LE88221是Legerity公司生產(chǎn)的一款雙通道用戶線接口芯片。該片內(nèi)自帶鈴流產(chǎn)生器、DTMF信號產(chǎn)生器、FSK信號及各種音頻信號產(chǎn)生器。芯片的交流參數(shù)(包括接口阻抗，四線平衡，收發(fā)增益及頻率響應(yīng)等)和直流參數(shù)(包括短路電流，開路電壓，摘掛機(jī)門限等)均可編程設(shè)置，故能滿足全球用戶的要求。目前該器件以其外圍電路簡單、使用方便而被廣泛用于智能小區(qū)樓宇對講系統(tǒng)和VOIP語音傳輸系統(tǒng)的設(shè)計中。

1 LE88221的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能
    LE88221器件內(nèi)部包含有PLL電路，可用以產(chǎn)生內(nèi)部信號處理電路、數(shù)字接口電路、系統(tǒng)狀態(tài)檢測與處理電路以及用戶線高壓驅(qū)動等電路所需的時鐘信號。LE88221內(nèi)部主要由PCM語音數(shù)據(jù)接口單元、微處理器接口單元、輸入輸出單元、語音信號處理單元、音頻信號產(chǎn)生單元、系統(tǒng)狀態(tài)控制及監(jiān)控單元、用戶線高壓驅(qū)動模塊及DC-DC驅(qū)動控制單元等組成。圖1所示是LE88221的內(nèi)部組成框圖。

    LE88221中的PCM語音數(shù)據(jù)接口單元用于提供語音數(shù)據(jù)的高速交換通路，且語音數(shù)據(jù)的收、發(fā)時隙均可編程。PCM語音接口單元主要包含如下引腳：
    FS，幀同步信號。高電平表示一幀語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，頻率為8 kHz，所有語音數(shù)據(jù)的收發(fā)時隙均以此為基準(zhǔn)來分配；
    PCLK，串行移位時鐘。它的速率決定了語音數(shù)據(jù)串行移位的速率。其頻率為芯片C6命令字中定義的值。
    DXA和DRA，分別為數(shù)字化語音數(shù)據(jù)串行發(fā)送和串行接收引腳。
    LE88221中的PCM語音數(shù)據(jù)接口的工作時序如圖2所示。

    微處理器接口(MPI)接口單元提供有外部主機(jī)與芯片的串行接口。通過此串行接口，用戶的控制命令及信息便可以通過主機(jī)寫入到LE88221內(nèi)部的各寄存器，同時，LE88221的內(nèi)部狀態(tài)也可通過此接口傳遞給外部主機(jī)。MPI接口主要包括如下引腳：
    DIN，串行數(shù)據(jù)輸入引腳；
    DOUT，串行數(shù)據(jù)輸出引腳；
    CS，芯片片選引腳；[!--empirenews.page--]
    DCLK，串行移位時鐘。串行數(shù)據(jù)以8位命令字?jǐn)?shù)據(jù)為起始碼，其后可能包含若干個輸入數(shù)據(jù)或芯片輸出數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)的輸入與輸出都是高位(MSB)在前。所有數(shù)據(jù)在讀寫期間，芯片的片選(CS)信號處于無效狀態(tài)的時間應(yīng)大于2．5μs。MPI的接口讀寫時序如圖3所示。

    器件的環(huán)路檢測單元主要完成摘掛機(jī)檢測功能。主要有TDC和RDC引腳。在使用中，每個引腳應(yīng)外接402 kΩ電阻分別到TIPD引腳和RINGD引腳。每個引腳均為直流輸入，內(nèi)部包含有A／D轉(zhuǎn)換器，用來測試Ring-Tip線上的直流電壓，其轉(zhuǎn)換結(jié)果作為線路直流饋電特性的反饋控制輸入。另外，此引腳還可用于線路測試，以測試Ring／Tip線與地之間的漏電流和分布電容。
    用戶線驅(qū)動單元主要完成用戶線的高壓驅(qū)動功能。此單元可以直接與Ring／Tip線相連接，以完成用戶線上所有直流和交流信號的驅(qū)動。另外，它還可以輸出高達(dá)92Vp-p的差分信號，并具有限流和過熱保護(hù)功能。此單元電路包含有TIPD和RINGD引腳。TIPD和RINGD引腳連接內(nèi)部高壓驅(qū)動電路，其作用是完成用戶線的饋電，饋電特性南C6命令字中的參數(shù)設(shè)定。此單元電路的另一個功能是以電流源的形式輸出經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后的語音信號。環(huán)路檢測及用戶線驅(qū)動單元的內(nèi)部組成框圖如圖4所示。

    語音處理模塊主要完成語音的發(fā)送與接收的數(shù)字化處理。它包含符合G．711標(biāo)準(zhǔn)的語音壓縮與解壓單元、可編程數(shù)字濾波器、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、收發(fā)增益控制單元、DTMF信號產(chǎn)生以及通用信號音產(chǎn)生單元。通過對其進(jìn)行編程設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)收發(fā)增益控制，也可設(shè)置二線端口阻抗和改善收發(fā)回路的頻率響應(yīng)。數(shù)字濾波器的參數(shù)計算可以借助于Legerity公司的WinSLAC軟件來完成，從而簡化系統(tǒng)設(shè)計。此模塊主要包括TAC和RAC引腳。其功能是接收Tip／Ring線上的模擬語音信號，并經(jīng)過內(nèi)部差分放大器后送至A／D轉(zhuǎn)換器。TAC和RAC引腳需分別外接串聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)，電容C是隔直電容，電阻R是放大器的輸入電阻，其大小將影響放大器的放大效果，應(yīng)用電路中推薦的R值為3．01 kΩ，C值為6．8 nF。
    DC-DC控制單元主要根據(jù)系統(tǒng)固定的外界輸入來產(chǎn)生系統(tǒng)所需的VBL和VBH電源。其典型應(yīng)用電路如圖5所示。在圖5中，VSW為外界+12 V固定輸入，BATH和BATL分別與器件的VBL和VBH引腳相連接。SWVSY引腳是外界模擬電壓的輸入端，其輸入可經(jīng)內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的值與芯片DC-DC寄存器中的設(shè)定值進(jìn)行比較，再根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整SWOUTY輸出的占空比。SWISY是輸出電流測試端，內(nèi)含過流保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載短路導(dǎo)致輸出過流時，LE88221的DC-DC控制器將自動關(guān)閉SWOUT輸出，以保護(hù)DC-DC電路。SWCMPY是DC-DC Y通道的補(bǔ)償電壓輸入端，主要用于在負(fù)載變化時，保持輸出電壓的穩(wěn)定。