芯片SC11390 原理与应用.docx

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芯片SC11390原理与应用

河海大学常州校区

芯片SC11390

——原理与应用

学号：

XXX

姓名:

班级：

09通信二班

指导老师：

XXXXX

摘要

SC11390是CMOS大规模电话交换系统专用芯片,内部集成了PABX系统所必须的模拟交换矩阵、DTMF收发器、呼叫进程检测器、传真信号检测器、语音信号检测器等模块电路,它的数据端口可以方便地与各种微处理器接口。

使用一片SC11390及少量外围接口电路便可组成一个二拖十二的专用PABX系统,多片级联组成更大的的模拟交换机系统。

关键词:

PABX系统DTMF收发器呼叫进程检测可编程多音振铃微处理器接口传真机信号检测

一、SC11390结构与功能简介

SC11390是一片专用的PABX（PrivateAutomaticBranchEnchange）系统芯片,它内部集成了一个完整PABX系统所必须的电路,故只需少量的外部接口电路便可组成有二条中继线、十二个电话分机的二拖十二PABX电话交换系统,几个芯片级联可以组成更大的模拟交换系统。

该芯片的方框图如图1所示。

从图1可以看出,SC11390由模拟部分和数字部分组成。

模拟部分包含二条与中继线相接的信号通道、十二条与外部电话分机相连的通道接口、二个符合CEPTT/CS46203标准的DTMF发送器、二个DTMF接收器、二个呼叫进程检测器、一个用来检测传真机或调制解调器的载波信息的频率范围为90～3750Hz的可编程开关电容滤波器;一个可编程振铃音发生器可产生三种不同频率的振铃音,供外线分机选择使用;两个可编程放大器可以满足模拟端口对不同的接收和发送电平的要求。

数字部分包含一个与微处理器接口的8bit地址、数据和控制总线。

通过这个接口,微处理机收发有关的地址、数据和控制信息到SC11390内部的几十个不同功能的寄存器、缓冲器,对其内部的DTMF收发器的编、译码,模拟交换矩阵、可编程放大器的增益等功能进行控制,从而充分发挥SC11390芯片的强大系统功能。

此外SC11390还包含一个有460（20×23）个接点的模拟交换矩阵,通过这个矩阵,SC11390将能接收、发送、连接、检测、解码相关的语音和控制信号,通过芯片的辅助I/O线,芯片可与DRAM、EPROM语音系统相连,实现语音服务功能,还可与远程遥控器相连,组成相应的遥控系统。

二、引脚排列及功能

SC11390有两种封装形式:

采用68脚塑封（PLCC）和80脚的QFP封装,如图2所示。

引脚功能如下:

（括号内为QFP封装所对应的引脚号）

●AGND:

47（65）脚,模拟电路地端。

●AUX1R:

19（33）脚,辅助通道1的接收输入端。

●AUX2R:

16（30）脚,辅助通道2的接收输入端。

●AUX3R:

15（29）脚,辅助通道3的接收输入端。

●AUX4R:

17（31）脚,辅助通道4的接收输入端。

●AUX1T:

46（64）脚,辅助通道1的输出端。

●AUX2T:

45（63）脚,辅助通道2的输出端。

●AUX3T:

44（60）脚,辅助通道3的输出端。

●AVD:

33（49）脚,模拟电路部分的正电源端。

●AVS:

34（50）脚,模拟电路部分的负电源端。

●CEB:

63（4）脚,输入端。

片选使能端,低电平有效。

●CPD1、CPD2:

11、12呼叫进程检测器的输出端（TTL电平输出）。

●CPF01:

13（27）脚,呼叫进程检测器（CP）滤波器1的模拟输出端。

●CT1、CT2:

61、60（2、1）脚,来自中继线的控制音频输入端（模拟输入,直接接至音频交换矩阵）。

●D0～D7:

9～6、1、68～66（19～16、11～8）脚,8位数据总线。

●ER1～ER12:

24～20、31～32、35、40～43（38～34、47～48、51、56～59）脚,外部分机接收输入端（模拟输入端）。

●ERS:

5（15）脚,外端复位信号输入端,高电平有效。

●ET1～ET12:

59～48（77～66）脚,外部机发送输出端（模拟输出）。

●REB:

65（6）脚,读数据使能端,低电平有效。

●RING:

10（24）脚,振铃信号输出端（模拟）。

●SEL:

62（3）脚,数据信号输入端。

低电平选择内部的地址寄存器,高电平选择数据寄存器。

●TD:

14（28）脚,单音检测器输端（采用零交叉检测,TTL电平输出）。

●TGR:

18（32）脚,单音发生器的模拟输入端。

●TR1、TR2:

28,25（44,41）脚,中继线信号输入端（同相输入端）。

●TRG1a、TRG2a—30脚,中继线接收增益调整输入端（反相输入）。

●TRG1b、TRG2b:

29（45）、26（42）脚,中继线接收增益调整输出。

●TT1、TT2:

37、39（53、55）脚,中继线输出端。

●TTG1、TTG2:

36、38（52、54）脚,中继线输出增益调节（反相输入）。

●VDD:

4（14）脚,数字电路部分的正电源端。

●VSS:

2（12）脚,数字电路部分的负电源端（OV）。

三、SC11390各模块功能

SC11390集成了一个PABX系统所需的二个高性能DTMF收发器、二个进程音检测器、一个语音检测器、一个可编程单音检测器、

一个振铃音发生器和一个交换矩阵,除了辅助输入输出端直接连接到交换矩阵上外,其它的所有输入和语音输出电平都通过PGA调节。

同时,单音检测器的中心频率和带宽也可通过编程调整。

数字部分中的微处理器接口用来与外部CPU的有关信号线相连,完成内部各寄存器的地址、数据解码,从而控制所有的可编程增益放大器（PGA）、交换矩阵、进程检测等模块电路。

下面详细分析各模块的功能。

3.1、DTMF收、发电路

SC11390中的DTMF发生器可产生16种低失真、高精度的标准DTMF单音组,所有的频率由一个外部晶体（3.58MHz）派生出来。

特定单音组的正弦波形是采用行、列可编程分频器及开关电容、D/A变换器用数字计算法合成的。

每个DTMF码皆由低组单音（fLOW）和高组单音（fHIGH）组合而成。

具体组合见表1所示。

一般情况下,高音组比低音组的电平高2dB,以补偿高音组在长途线路中的衰减。

DTMF信号的产生是通过外部微处理器对芯片内部寄存器编程来得到的,其中DTMFT1对应的寄存器地址为44H,DTMFT2寄存器的地址为45H。

寄存器的数据结构如下:

其中CTONE、RTONE为“1”时,允许相应的高低频率信号产生,否则禁止。

D0～D3为对应DTMF的16种信号的4位编码。

此外DTMF信号输出的电平与所加电源电压有关,且受中继线或外部分机的PAG控制。

DTMF接收器（DTMFR）的信号来自交换矩阵或外部输入端CT1或CT2（此端的输入信号先经过一个3位PGA调整以满足

DTMF接收器的最小信号电平要求,DTM2FR的输入信号电平为27.5mV～883mV）。

DTMFR1、DTMFR2数据寄存器的地址分别为40H和41H,该寄存器的数据结构如下:

当DTMFR收到并识别为有效双音多频信号时,EST（D5）位被置位为“1”状态,如果EST变为“1”状态的时间足够长,延时转换输出标志位STD被置为“1”状态,这样输入信号的有效时间周期标志STD将锁存相应的4位解码状态到40H（对应DTMFR1）或41H（对应DTMFR2）的数据寄存器中的D0～D3中,外部微处理机通过读取40H或41H寄存器中的数据便可知道是否收到DTMF信号和DTMF信号的编码状态。

3.2、振铃音发生器

SC11390中的振铃音发生器可编程产生三种不同频率的正弦波

或方波,以满足不同用户的特殊要求。

三种频率和编码见表2所示：

外部微处理器通过振铃音编码寄存器（地址为5EH）产生编码,寄存器的数据结构如下:

D2为“1”时,输出波形为方波,D2=“0”时,输出的波形是正弦波,D1、D0位用来产生三种不同的振铃频率,其编码见表3。

3.3、2/4线转换电路

SC11390采用外部的2/4线转换电路,作为芯片的4线与外部2线电话分机的接口,分离来自电话线的收,发信号并使其阻抗相互匹配。

目前实现2/4线转换的电路形式较多,可采用无源器件,也可采用有源器件,图3是用有源器件组成的2/4线转换的典型电路。

四、可编程增益放大器（PGA）

为了方便地调整有关输入、输出端及各信号检测端的增益与最小接收电平,SC11390芯片内有22个可编程增益放大器,外部微处理器可通过数据端口对其编程,以改变其增益,这极大的方便了用户,增加了系统的灵活性。

在SC11390中,除了输入端TGR、AUX1R、AUX2R、AUX3R、AUX4R及输出端AUX1T、AUX2T、AUX3T没有缓冲直接接至交换矩阵（无PGA）外,其它的一些输入、输出端都有PGA供调整使用。

此外,SC11390还有一个语音信号检测器（VD）,用来检测线路上的语音信号,一个单音检测器（TD）与可编程开关电容滤波器（PBPF）配合,用来检测频率范围85～3700Hz的单音信号,如传真机的载频信号、调制解调器的载频信号等,二个呼叫进程检测器,用来检测许多类型的单音并能识别电话网内的电话呼叫进程。

五、SC11390中的特殊功能寄存器

SC11390共有47个可读写的数据寄存器,其中有22个可编程增益控制用的寄存器、8个DTMF收发用的寄存器、12个外部电话分机输出端（ET1～ET12）选择用寄存器、二个中继线输出端选择用（TT1,TT2）寄存器等。

微处理器通过对47个特殊功能寄存器的编程来实现矩阵交换、DTMF信号的收发、各种信号音的检测、会议电话功能、增益调整等诸多功能。

寄存器的名称、地址和数据结构见表3所示。

六、数字部分接口及其时序

SC11390的数据接口部分,由一个8位并行口和SEL（地址、数据寄存器选择端）,CEB（片选使能端）WEB（写使能端）、REB（读使能端）4根控制信号线组成,所有的数输入、输出端电平都与TTL兼容,它可以很方便地与计算机或微处理器接口。

下面来分析它的读写时序。

6.1、写寄存器的时序

外部计算机或微处理器向SC11390写入信息时,首先使片选端CEB为低电平（片选使能）,如果写入的是某个寄存器的地址信息,则应使SEL=“1”;如果向寄存器写入数据,则应使SEL=“0”,具体时序如图8所示,延迟时间如表4所列。

6.2、读寄存器的时序

外部计算机或微处理器通过8位的数据端口和SEL、CEB、REB三根控制线来读取SC11390内部特殊功能寄存器的地址、数据,以便根据其有关状态进行下一步的操作。

具体时序如图9和表5所列。

6.3SC11390的复位和时钟

SC11390通过其内部的一个上电复位电路（POR）完成整个芯片的复位功能,该复位功能是SC11390上电后自动进行的。

另外,在SC11390的外部复位脚ERS加一个高电平,可初始化其全部的内部寄存器。

SC11390的时钟由31579MHz的晶体产生。

晶体的一端接XIN脚,另一端接VSS。

七、SC11390的主要性能指标

SC11390的主要性能指标介绍如下:

（1）采用+5V单电源供电,工作电流16.2mA,功耗81mW。

（2）模拟交换矩阵的串音防卫度:

在交换矩阵ET1与ER1、ER1与TT1、ET2与ER2、ER2与TT2内部相连的条件下,在任意输出端的串音防卫度<-100dB;在与上述相同的条件下,除TT2输出端外,其它输出端的串音防卫度<-75dB。

（3）振铃音信号的输出电压（正弦波/方波）典型值为2.26V

（4）温度范围为-25～+75℃。

八、SC11390的典型应用

由以上分析可知,SC11390芯片实际上包含了一个小型PABX系统所必须的模拟交换矩阵、各种信号音和信令的产生、接收及检测电

路,并且其数据端可以很方便地与计算机或单片机接口,图10是由8031单片机与SC11390及有关接口电路组成的具有二条中继线和十二部电话分机的“二拖十二”PAB系统。

该系统与其它集团电话相比,不但成本低、外围元器件少、性能价格比高、可靠性好,而且利用辅助I/O端口可以组成具有遥控、语音提示、电话会议、电话计费等诸多功能的电话系统,具有极好的开发前景和强大的系统功能,可用在PABX系统、无线局的交换系统及其它需要模拟交换的电话系统中。