應(yīng)用于通信設(shè)計(jì)的電信開(kāi)發(fā)套件介紹

沒(méi)有現(xiàn)代通訊，我們會(huì)在哪里？可能回到灰色時(shí)代 - 不是黑暗時(shí)代，而是非常接近。通信，現(xiàn)代電子和電信設(shè)備是我們文明連接的支柱。我們擁有手機(jī)信號(hào)塔，衛(wèi)星電話，Wi-Fi區(qū)域，傳統(tǒng)POTS線路以及新興標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)將帶來(lái)更多功能和更高帶寬。

在這個(gè)模糊的連接云中，每一點(diǎn)都是工程師設(shè)計(jì)，調(diào)試，測(cè)試并進(jìn)入制造環(huán)境的設(shè)備。現(xiàn)代化的全球基礎(chǔ)設(shè)施包括一些最古老的和一些最新技術(shù)，需要很好地協(xié)同工作。不同的通信標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)需要無(wú)縫集成，以使任何通信網(wǎng)絡(luò)可行。

這就是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和參考設(shè)計(jì)發(fā)揮作用的地方。設(shè)備制造商將大量必要技術(shù)集成到小芯片，設(shè)備和模塊中。為了方便他們的產(chǎn)品的使用，開(kāi)發(fā)套件經(jīng)常為我們做很多設(shè)計(jì)工作，并為任何設(shè)計(jì)提供高水平的起點(diǎn)。

本文討論了一些現(xiàn)成的電信開(kāi)發(fā)套件，以幫助我們完成設(shè)計(jì)。它還討論了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)支持的一些部分。

我到達(dá)了我所說(shuō)的派對(duì)嗎？

傳統(tǒng)的普通老式電話系統(tǒng)（POTS）是歷史上最成功的大眾通信部署。 50多年來(lái)，POTS系統(tǒng)為世界各地的家庭提供了可靠，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

雖然蜂窩和基于IP的電話正在趕上甚至超過(guò)發(fā)展中國(guó)家的POTS系統(tǒng)，但不要忽視POTS技術(shù)?；贗P的電話系統(tǒng)以及電纜調(diào)制解調(diào)器，DSL和光纖系統(tǒng)仍將提供POTS接口。大多數(shù)家庭已經(jīng)接通了這一點(diǎn)，它使得從傳統(tǒng)的POTS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到IP系統(tǒng)更容易，無(wú)需任何基礎(chǔ)設(shè)施修改。

這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)是中心局（CO）和用戶端點(diǎn)接口電路。用戶端點(diǎn)稱為用戶線接口電路（SLIC），中心局接口設(shè)備稱為數(shù)據(jù)訪問(wèn)配置（DAA）。這兩種類型的電路通過(guò)雙線接口完全實(shí)現(xiàn)通信鏈路，包括信令（振鈴，振鈴檢測(cè)，掛機(jī)和摘機(jī)檢測(cè)，忙檢測(cè)和指示以及雙向音頻）。

這兩種功能都可以分開(kāi)實(shí)現(xiàn)，但大多數(shù)都會(huì)選擇集成解決方案來(lái)節(jié)省時(shí)間和PCB空間。例如，如果您正在設(shè)計(jì)電纜調(diào)制解調(diào)器，您將在一側(cè)連接到有線電視公司，具有以太網(wǎng)端口，可能是USB端口或兩個(gè)，電源，電池備份（如果要提供電話則需要），以及一個(gè)DAA電路，如CP Clare（現(xiàn)為IXYS公司）LiteLink III CPC5622ATR電話線接口IC（見(jiàn)圖1）。這部分模仿傳統(tǒng)電話公司允許所有家用電話，應(yīng)答機(jī)，傳真和調(diào)制解調(diào)器連接。該DAA采用3.3或5伏電壓，包括來(lái)電顯示信號(hào)，環(huán)形電壓和波形產(chǎn)生，用于掛機(jī)和摘機(jī)電源的線電壓以及采用32引腳SOIC封裝的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)檢測(cè)。

圖1：DAA模仿電話公司CO，允許傳統(tǒng)電話，應(yīng)答機(jī)，傳真等連接到現(xiàn)代有線調(diào)制解調(diào)器，DSL線路，光纖網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星和蜂窩網(wǎng)絡(luò)。請(qǐng)注意隔離（由IXYS提供）。

盡管POTS技術(shù)得到了很好的定義和理解，但設(shè)計(jì)人員仍有壓力證明可行性，快速原型，并能夠快速演示和測(cè)試他們的設(shè)計(jì)。為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，IXYS提供CPC5622-EVAL-600R開(kāi)發(fā)模塊，該模塊不僅可以演示CPC5622操作，還可以在SIP可插拔模塊中實(shí)現(xiàn)，可以輕松地將其集成到您的原型中（參見(jiàn)圖2）。

圖2：LiteLink開(kāi)發(fā)模塊支持CPC5622，可輕松作為原型設(shè)計(jì)的SIP模塊（由IXYS公司提供）。

該評(píng)估/開(kāi)發(fā)板允許您通過(guò)使用可編程驅(qū)動(dòng)器調(diào)整AC和DC終端，從而可以自定義國(guó)家/地區(qū)之間存在的微小變化。您還可以自定義來(lái)電顯示信號(hào)增益以及振鈴檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度。這些器件還支持增強(qiáng)型脈沖撥號(hào)模式以及接地啟動(dòng)監(jiān)控電路。還包括完整的參考設(shè)計(jì)，以幫助加快從原型到電路板布局的實(shí)施。

按“1”與人交談（祝你好運(yùn)）

雙音多頻信號(hào)（DTMF）是現(xiàn)代電話設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。它使撥號(hào)速度更快，更可靠，并使得答錄機(jī)等設(shè)備能夠遠(yuǎn)程響應(yīng)我們的請(qǐng)求，使我們能夠播放信息并重新錄制世界各地的問(wèn)候語(yǔ)。

不幸的是，DTMF還可以讓非人工自動(dòng)化系統(tǒng)在試圖獲得客戶幫助時(shí)讓我們發(fā)瘋，但我們必須把好處帶走。無(wú)論如何，DTMF生成是任何終端用戶設(shè)備的重要組成部分，DTMF檢測(cè)是任何需要模仿中心局的CO設(shè)備或設(shè)備的重要組成部分。

幸運(yùn)的是，還有芯片和開(kāi)發(fā)套件來(lái)幫助這個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。例如，Silicon Labs的C8051F002-GQ是一個(gè)集成的8位微控制器，以及可以執(zhí)行DTMF等混合信號(hào)功能的模擬模塊。 DTMF功能基本上是混合信號(hào)技術(shù)，因?yàn)閷?shí)際DTMF音調(diào)是模擬AC波形，而實(shí)際數(shù)字代碼是數(shù)字二進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)值。因此，DTMF編碼器和解碼器是混合信號(hào)設(shè)備，可以是離散編碼器和解碼器，也可以與可編程微控制器捆綁在一起。

C8051F002-GQ采用流行的25 MIPS 8051微控制器內(nèi)核，集成8 KB閃存。 2.7至3.6伏的器件具有5伏容差，范圍從小型11引腳QFN或14引腳SOIC封裝到48引腳TQFP封裝，具有更多I/O和閃存（最高32 K）。這意味著如果您熟悉緊密編碼，則可以將此部件用作DTMF處理系統(tǒng)的核心，例如警報(bào)監(jiān)視器，遙控器和中繼器開(kāi)關(guān)。

這些器件非常適合實(shí)現(xiàn)具有內(nèi)置編碼器和解碼器功能的DTMF通信方案，以及UART，可編程增益放大器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器和I2C端口（參見(jiàn)圖3）。

圖3：Silicon Labs芯片不僅僅是一個(gè)DTMF編碼器/解碼器，還包含一個(gè)微控制器，可以從系統(tǒng)角度處理DTMF處理（由Silicon Labs提供）。

一個(gè)特別好的功能是能夠在25 MHz晶振和RC振蕩器之間動(dòng)態(tài)切換時(shí)鐘源。這樣，如果需要UART，更高頻率的晶體可以確?？煽康耐ㄐ艜r(shí)序，同時(shí)可以啟動(dòng)RC振蕩器以實(shí)現(xiàn)更低的功耗和待機(jī)模式。

由于C8051F002-GQ不僅僅是一個(gè)混合信號(hào)編碼器/解碼器芯片，Silicon Labs為該器件提供了支持DTMF功能的開(kāi)發(fā)環(huán)境。他們的C8051F300DK開(kāi)發(fā)套件（見(jiàn)圖4）支持系統(tǒng)內(nèi)可編程內(nèi)部8051微控制器的代碼開(kāi)發(fā)，并提供完整的參考設(shè)計(jì)和靈活的電路板，包含DTMF發(fā)生器，解碼器，蜂鳴器，RS-232端口和數(shù)字顯示器。

圖4：基于Silicon Labs微控制器的C8051F002-GQ的大部分開(kāi)發(fā)板專用于DTMF編碼和解碼（由Silicon Labs提供）。

DTMF檢測(cè)器可以接受來(lái)自外部插孔或波形文件的輸入，也可以從DTMF發(fā)生器循環(huán)。這使設(shè)計(jì)人員可以使用同一塊板測(cè)試不同的功能階段。通常，DTMF系統(tǒng)是交互式的，這意味著微控制器需要實(shí)現(xiàn)響應(yīng)用戶命令和請(qǐng)求的完整菜單系統(tǒng)。該器件可以單獨(dú)用于可以裝入有限的8 KB閃存的簡(jiǎn)單應(yīng)用，也可以編程成為功能更強(qiáng)大的嵌入式微處理器或微控制器的外設(shè)。

Silicon Labs為這些部件提供了多種原型設(shè)計(jì)和評(píng)估輔助工具，包括一些基于USB的插件開(kāi)發(fā)工具，如TOOLSTICKSK和TOOLSTICK-EK單元，用于快速代碼開(kāi)發(fā)和測(cè)試。還提供培訓(xùn)模塊，使用這些部件和開(kāi)發(fā)工具可以很好地概述串行通信技術(shù)。

將調(diào)制解調(diào)器嵌入到您的設(shè)計(jì)中

并非每個(gè)電信設(shè)計(jì)都需要循環(huán)中的人。用于遠(yuǎn)程重啟，遙測(cè)，分布式傳感器和警報(bào)的基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)可以完全自動(dòng)化，以使用電信骨干來(lái)遠(yuǎn)程報(bào)告或控制機(jī)器。在這些情況下，嵌入式調(diào)制解調(diào)器允許設(shè)備設(shè)計(jì)人員建立通信并使用他們想要?jiǎng)?chuàng)建的任何協(xié)議或數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

幸運(yùn)的是，我們?yōu)檫@些設(shè)計(jì)提供了選擇和集成解決方案，以及幫助我們開(kāi)發(fā)，調(diào)試和測(cè)試我們的創(chuàng)作的工具。嵌入式和模塊化調(diào)制解調(diào)器解決方案具有更高的集成度和功能，可提供無(wú)縫且透明的機(jī)器到機(jī)器連接。

為什么你會(huì)問(wèn)更高級(jí)別？因?yàn)榍度胧秸{(diào)制解調(diào)器不僅容納調(diào)制解調(diào)器MODulator和DEModulator功能，它們還容納一種用戶線接口形式，如上面提到的電路。他們需要從電話線中提取音頻，發(fā)送信號(hào)，檢測(cè)振鈴和摘機(jī)，并可能包含來(lái)電顯示和DTMF撥號(hào)。

由于存在多種不同的調(diào)制解調(diào)器標(biāo)準(zhǔn)，因此有幾種不同的選擇可供選擇。有些標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)特定國(guó)家或地區(qū)的，有些則使用較舊的數(shù)據(jù)速率和格式。

請(qǐng)記住，雖然這是一項(xiàng)較舊的技術(shù)，但許多遺留系統(tǒng)已經(jīng)到位，特別是在遠(yuǎn)程站點(diǎn)，它們可以收集從地震數(shù)據(jù)到天氣和構(gòu)造板塊移位的任何內(nèi)容。這是一種可靠且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)，不會(huì)消失，基于它的新設(shè)計(jì)是可行的，特別是當(dāng)需要連接到現(xiàn)場(chǎng)已有的數(shù)百萬(wàn)個(gè)部署數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)時(shí)。這就是現(xiàn)代集成調(diào)制解調(diào)器模塊將采用大多數(shù)舊標(biāo)準(zhǔn)的原因。例如，Multi-Tech的MT5656RJ-L-92.R3是基于RJ-11的表面貼裝集成模塊，支持高達(dá)56 Kbaud的數(shù)據(jù)速率和所有流行的向后兼容標(biāo)準(zhǔn)，如V.21，V.22 ，V.23，V.29，V.32，V.34，V.90，V.92，Bell 103和Bell 212A。

通過(guò)使用UART信號(hào)和AT風(fēng)格的命令結(jié)構(gòu)，與這些模塊的接口非常簡(jiǎn)單。但是，我們經(jīng)常需要設(shè)計(jì)將部署在采用不同標(biāo)準(zhǔn)的世界不同地區(qū)的系統(tǒng)。為了幫助開(kāi)發(fā)靈活的多標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，Multi-Tech提供了一些開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可用于評(píng)估，開(kāi)發(fā)，測(cè)試和運(yùn)用其嵌入式調(diào)制解調(diào)器模塊的設(shè)計(jì)。例如，MTRJ-DK和MTSMI-UDK是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可為任何單個(gè)或多格式的基于RJ-11的集成調(diào)制解調(diào)器模塊提供支持（參見(jiàn)圖5）。

圖5：為了幫助設(shè)計(jì)人員將調(diào)制解調(diào)器嵌入到他們的系統(tǒng)中，Multi-Tech開(kāi)發(fā)板允許測(cè)試模塊化調(diào)制解調(diào)器，以輕松滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和功率（圖片由Multi-Tech提供）。

重要的一點(diǎn)是，并非每個(gè)調(diào)制解調(diào)器都連接到電話線。有線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)調(diào)制解調(diào)器也在這個(gè)世界中占有一席之地。例如，工業(yè)自動(dòng)化使用的高速公路可尋址接收器和發(fā)射器（HART）技術(shù)。這些是慢速，長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，必須能夠與其他制造商的設(shè)備互操作。因此，芯片制造商通過(guò)器件和開(kāi)發(fā)套件支持這些標(biāo)準(zhǔn)。

這是一個(gè)例子，ADI公司的AD5700-1BCPZ-R5是一款用于HART應(yīng)用的單芯片F(xiàn)SK調(diào)制解調(diào)器。這些器件基于1200 Hz和2200 Hz頻移調(diào)制，包括ESD保護(hù)和濾波，適用于本安型設(shè)計(jì)應(yīng)用。

其他不錯(cuò)的功能是功耗非常低（接收模式下為115μA），能夠使用2至5.5伏電源供電，并能夠接受低至1.71伏的信號(hào)。 UART接口不需要RS-232電平轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部振蕩器的額定精度為0.5％。

Micro DTMF和語(yǔ)音在一起

借助靈活的外設(shè)和功能強(qiáng)大的處理器，即使是通用微控制器也可以解決一些相當(dāng)高端的任務(wù)。但是，當(dāng)一個(gè)部件設(shè)計(jì)時(shí)考慮到特定的功能類別時(shí)，它通常是最合適的。

有趣的技術(shù)融合來(lái)自Atmel及其U4091系列音頻處理器，適用于實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器和DTMF以及語(yǔ)音功能。 Atmel培訓(xùn)模塊可以向您介紹處理器系列，DEMOBOARD-U4091BM是使您的應(yīng)用程序快速啟動(dòng)和運(yùn)行的方法。

U4091系列采用DTMF，語(yǔ)音處理，語(yǔ)音切換和音調(diào)生成功能，用于確認(rèn)和提示。它可以通過(guò)自己的功能進(jìn)行編程，并可以通過(guò)串行總線與其他CPU通信。

你點(diǎn)亮我的生活

電信最有用的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是光纖模塊。這些高速模塊需要良好的PCB布局，通常還需要高速處理器和接口元件。因此，作為開(kāi)發(fā)環(huán)境一部分的小型電路板可以提供參考設(shè)計(jì)，以便與您的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行比較。通常建議的布局甚至完整的參考設(shè)計(jì)（包括Gerber文件）都可以從不同的制造商處獲得，這可以加快產(chǎn)品上市時(shí)間。在投入高成本生產(chǎn)原型之前，這些開(kāi)發(fā)模塊是測(cè)試初始設(shè)計(jì)的快速有效方法。

這種光纖開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)例子來(lái)自Finisar的FDB-1018和FDB-1022開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，用于小型可插拔（SFP）光收發(fā)器和擴(kuò)展范圍的10 Gbit/sec XFP光收發(fā)器，分別。 FDB-1018支持125 Mbit/sec和4.25 Gbit/sec數(shù)據(jù)速率，F(xiàn)DB-1022支持10 Gbit/sec數(shù)據(jù)速率。

Finisar的集成光纖模塊系列服務(wù)于電信市場(chǎng)，支持電信標(biāo)準(zhǔn)，如SONET OC-3，OC-12和OC-48以及1 Gbit/sec和10 Gbit/sec以太網(wǎng)。這很有用，因?yàn)樵S多舊的ATM，反向MUX和T3/E3/J3標(biāo)準(zhǔn)正在讓位于基于TCP/IP的實(shí)現(xiàn);特別是在解決服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)。

Finisar等評(píng)估板不僅可以作為測(cè)試原型和設(shè)計(jì)連接性的工具，還可以提供參考原理圖和詳細(xì)的PCB布局，這些布局在更高的數(shù)據(jù)速率下越來(lái)越重要。例如，10 Gbit/sec參考設(shè)計(jì)不僅包括PCB模式，還包括旁路和去耦元件的位置和方向（參見(jiàn)圖6）。這很重要，因?yàn)樵诟叩乃俣认?，信?hào)路徑可以變成天線而不是傳輸線，具體取決于阻抗匹配的程度。

圖6：評(píng)估和開(kāi)發(fā)板的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它們提供了一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，可用于比較性能并提供非常具體的細(xì)節(jié)，如Finisar元件放置，方向和PCB布局指南（由Finisar提供）。