單片四路E1收發器DS21Q59及其應用

72655部隊 司朝良

概述

E1是ITU-T制定并由歐洲郵政與電信協會（CEPT）命名的數字傳輸系統群（即PCM30）標準，由32個64kbps的PCM話路經過分時復用形成，其傳輸速率為2.048Mbps，其中30個話路傳輸語音等用戶信息，另兩個話路作為系統開銷，傳輸同步碼、信令碼及其他輔助信號。E1接口的物理及電特性符合CCITT的G.703標準。我國也采用E1標準作為PCM系統和N-ISDN的基群。目前，建立在G.703基礎上的E1接口在分組網、幀中繼網、GSM移動基站及軍事通信中得到廣泛的應用，傳送語音信號、數據、圖像等業務。E1接口主要由線路接口單元和成幀器組成。本文介紹一種E1收發器芯片DS21Q59的基本原理及其在數字程控用戶交換機中的應用。

DS21Q59的性能與特點

DS21Q59是美國MAXIM公司出品的單片四路E1收發器芯片，是一種優化的高密度E1線路終端。它包含四個由線路接口單元（LIU）和成幀器組成的完全獨立的收發器，具備了連接四條E1線路所需的各種功能，并且還有一個TDM背板接口，用于在片內進行多路E1信號的交叉復用。該芯片是制作四路E1數字中繼接口的選擇，可廣泛用于路由器、復用器、接入設備、數字程控交換機及信道服務單元（CSU）與數據服務單元（DSU）中。

DS21Q59具有以下的性能及特點：
·有4個完整的E1收發器； ·遠程及近程LIU，且接收靈敏度可調，為-43dB，為0dB；

·32/128位的無抖動抑制器，用于消除時鐘或數據的相位抖動；

· 片內的系統時鐘合成器能夠產生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等幾種時鐘，用于多路E1信號的交叉式PCM總線工作（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緩沖,用于消除接收數據與背板異步時鐘之間的相位差和頻率差；

·具備循環冗余校驗（CRC）及偽隨機序列（PRBS）的產生與檢測功能；

·能夠檢測并產生遠端告警及AIS告警；

·四個收發器具有獨立的環回診斷能力，包括遠端環回、本地環回與幀環回；

·多達59個寄存器可由用戶根據使用情況進行相關配置；

·器件配置和功能實現可由外部處理器通過并口或SPI串口進行；

·附加的8根輸出引腳（每個收發器2根）可由用戶靈活配置使用；

·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標準。

DS21Q59的基本工作原理

DS21Q59芯片主要集成了線路接口單元和成幀器功能，由外部的控制器或處理器通過串口或并口總線對芯片實施控制與功能配置。圖1是DS21Q59內部功能框圖（圖中只畫出了四個收發器中的一個）。"TSER1"是發送串行數據流的輸入端，"RSER1"是接收串行數據流的輸出端。

線路接口單元包括發送接口、接收接口和抖動抑制器，由"LICR"寄存器控制。發送數據時，發送成幀器提供E1傳輸所必須的幀和復幀數據開銷，背板接口部分為成幀器提供時鐘、數據和幀同步信號，由成幀器插入適當的幀同步碼型和告警信息，并通過計算插入CRC碼字，然后完成AMI和HDB3編碼；利用一組經過激光修整的延遲線和一個精密的D/A轉換器產生波形，發送到E1線路上去。波形的產生要根據使用的傳輸介質的情況，產生相應的驅動波形，分別用于75 的同軸或120 的雙絞線對傳輸。發送波形通常通過一個1：2的升壓耦合到同軸線或屏蔽的雙絞線對上去。

接收時，E1波形從"RRING"和"RTIP"引腳進入芯片，首先進行時鐘和數據恢復，經過抖動抑制器送到接收成幀器；接收成幀器完成對AMI和HDB3線路碼的解碼及數據流的同步，確定幀和復幀的碼型，同時完成CRC碼字的錯誤計數，檢測接收到的AIS、同步丟失以及對端告警等各種告警信號，并為背板接口部分提供時鐘、數據和幀同步信號。接收通路有兩幀容量的滑動緩沖存儲器，可通過"RCR"寄存器控制啟用，用于消除接收數據與背板異步時鐘"SYSCLK"之間的相位差和頻率差。

用戶通過設置"CCR5"寄存器的"IRTSEL"位（CCR5.4），即可實現DS21Q59芯片與75 或120 接收終端的匹配。也可以使用內部的終端功能，此時，外部終接電阻為120 （一般為兩只60 電阻串聯），將"IRTSEL"位置為"1"，使DS21Q59的內部電阻與外部電阻相并聯，從而將端接電阻調整到75 。

每個收發器都有一個時鐘與數據抖動抑制器，通過"LICR"寄存器的"JAS"位（即D3位），可以將其配置到發送通路中，也可以配置到接收通路中，用于從發送或接收信號中消除相位抖動。也可以選擇不用此項功能。

"OUTA"和"OUTB"是用戶選用輸出口，根據需要可靈活配置。通過控制"OUTAC"寄存器，可以使OUTA口輸出CMI碼，用于直接驅動光接口。
寄存器SA1~SA16用于存儲發送和接收信令。接收信令時，信令數據從接收的E1數據流TS16時隙取樣得到，暫存到接收信令緩沖器，主機通過對SA1~SA16的讀操作，得到信令數據。發送信令時，往SA1~SA16中寫入數據，在控制寄存器"CCR6"的D3位為"1"時，將發送緩沖器的信令數據插入到發送數據流的TS16時隙中。

片內的系統時鐘合成器能夠產生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等頻率的時鐘，既為每個收發器提供時鐘，還可以為多路E1信號的交叉總線（Interleave Bus Operation-簡稱IBO）方式提供時鐘。以IBO方式工作時，每個收發器的接收緩沖存儲器都必須啟用，系統時鐘合成器允許任意一條E1線路被選中作為系統的參考時鐘源，16.384MHz的系統時鐘支持多8個E1數據流復用到單條高速PCM總線上（用兩片DS21Q59實現），高速的PCM串行數據流?quot;TSER1"引腳輸入、從"RSER1"輸出。實現這個功能不需要附加其他的外部邏輯。這樣，可以減少外部硬件，節省印刷板空間，并降低成本。

外部處理器通過對DS21Q59控制寄存器的操作完成芯片的初始化，即功能配置。DS21Q59的用戶可用寄存器多達59個，分為控制寄存器、狀態寄存器和數據寄存器等幾類。狀態寄存器用于存儲E1線路的狀態信息；而數據寄存器主要用于信令存儲。

DS21Q59在數字程控交換機中的應用

DS21Q59適合作為程控交換機的數字中繼接口，能夠提供120路數字中繼，它既支持中國1號信令，也支持國際7號信令。圖2給出了一種在數字程控交換機上使用的電路連接框圖。

本應用中，DS21Q59工作在IBO方式，這樣可以減少背板的連線，使印制板布線簡單。CPU的工作時鐘為16.384MHz，DS21Q59芯片內合成器產生的8.192MHz時鐘輸出到各收發器的"SYSCLK"，既作為發送成幀器的時鐘，又作為接收滑動緩沖器的時鐘，片內的鎖相環路能夠保證收發時鐘的同步。可編程芯片EPM7032為DS21Q59提供2.048MHz的主時鐘MCLK，同時提供總線驅動和其他控制信號，并對輸入輸出的PCM信號進行驅動。信令使用中國1號信令，信令模塊為MFC模塊。由于DS21Q59本身不含HDLC協議控制器，若使用國際7號信令，需要外加HDLC協議控制器，進行HDLC協議管理。