基于BCM1101的新型VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了以嵌入式處理器BCM1101為核心的語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用嵌入式技術(shù)，解決了目前VoIP中硬件系統(tǒng)龐大、可靠性低等問(wèn)題，降低了系統(tǒng)成本。
關(guān)鍵詞：VoIP；BCM1101；語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)

目前，VoIP網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)采用微控制器和DSP兩個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和語(yǔ)音信號(hào)處理，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度加大、實(shí)現(xiàn)困難、系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，也使生產(chǎn)成本提高。
本文采用BCM1101設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新型VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。該芯片集成微控制器和DSP內(nèi)核，省去微控制器和DSP接口，簡(jiǎn)化了硬件電路、加快了系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期并降低了成本。

圖1系統(tǒng)的硬件組成框圖

圖2 BCM1101 SLIC接口電路

圖3 BCM1101 和 RTL8305SB的網(wǎng)絡(luò)接口

BCM1101 芯片
BCM1101是為VoIP、本地以太網(wǎng)關(guān)和標(biāo)準(zhǔn)媒體終端適配器而設(shè)計(jì)的高性能芯片。該芯片具有雙CPU內(nèi)核，包含一個(gè)高速(150MHz)MIPS32和高性能(108MHz)雙MAC ZSP DSP。另外還集成一個(gè)支持802.3P/Q的3口以太網(wǎng)切換器、2個(gè)內(nèi)置10/100BASE-T PHYS和3個(gè)寬帶解碼通道(ADC/DAC)。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
從硬件角度看，系統(tǒng)可以分成用戶(hù)線路接口模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、SDRAM和FLASH擴(kuò)展模塊、系統(tǒng)電源模塊和系統(tǒng)復(fù)位電路及系統(tǒng)狀態(tài)顯示模塊等幾部分，圖1是系統(tǒng)的硬件組成框圖。

SLIC接口模塊的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)可接電話(huà)、傳真，因而有用戶(hù)線路接口電路(SLIC)。本系統(tǒng)采用愛(ài)立信公司的PBL38780作為SLIC接口電路芯片。

語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中的PBL38780 SLIC和BCM1101的接口電路如圖2所示。因?yàn)锽CM1101的3.3V供電電壓低，要使用微分接口來(lái)使PBL38780和BCM1101有充足的動(dòng)態(tài)范圍并放大語(yǔ)音傳輸信號(hào)。另外，這種微分接口對(duì)于BCM1101產(chǎn)生的共模噪聲有很好的抑制作用。由BCM1101產(chǎn)生的低壓振鈴信號(hào)通過(guò)一個(gè)微分接口連接到SLIC。數(shù)字信號(hào)編/解碼器功能集成在BCM1101內(nèi)，混合平衡濾波器的傳送和接收增益可通過(guò)BCM1101內(nèi)的軟件來(lái)控制。BCM1101可以調(diào)整進(jìn)入SLIC VRP和VRM引腳的低壓振鈴信號(hào)。BCM1101的CML輸出在VTXCML設(shè)置VTXP和VTXM SLIC傳輸輸出得共模直流電平。R4、R6和箝位OVP組成過(guò)壓保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。C4和C12箝位可旁路OVP網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)沖擊，也可以過(guò)濾高頻干擾(RFI濾波器)。C13和C14是在2個(gè)SLIC反饋回路中的耦合電容，反饋回路用于控制SLIC電流供給和SLIC語(yǔ)音頻率傳輸。C15、C16是供電電源旁路電容。D1二極管用于電源切換。D2阻止在應(yīng)用負(fù)電壓時(shí)來(lái)自VB電源的反向電流。D2通常處于反向偏壓狀態(tài)，但在電源VB斷電時(shí)傳遞VTB到VBAT終端電源。RTP和RTM設(shè)置2線阻抗，可通過(guò)更換RTM和RTP來(lái)獲得各種終端阻抗。R1、R2、R3設(shè)置基本傳送增益，RRXM和RRXP設(shè)置基本接收增益，BCM1101數(shù)字信號(hào)編/解碼器提供更好的軟件傳送、接收增益控制。R4和C4過(guò)濾共模電平、CML及連接到VCMLTX的參考電壓。C1、C2、C3、C6、C7、C8對(duì)BCM1101傳送和接收微分輸入/輸出進(jìn)行濾波。C10、C11對(duì)BCM1101微分脈寬調(diào)制的低壓振鈴信號(hào)輸出進(jìn)行濾波。R7設(shè)置環(huán)路電流檢測(cè)器閾值。R9設(shè)置靜態(tài)直流環(huán)路電流。R10設(shè)置一個(gè)SLIC參考電流(應(yīng)為15K，1%)。R8設(shè)置掛斷檢測(cè)器環(huán)路電流檢測(cè)閾值。C17對(duì)掛斷檢測(cè)器濾波。C19設(shè)置極性反向時(shí)間。C18用于產(chǎn)生高壓振鈴信號(hào)。BCM1101的GPIO0~GPIO2、GPIO5分別連接PBL38780的C1、C2、C3、DET來(lái)控制七種工作狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)接口模塊設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用REALTALK公司的RTL8305SB以太網(wǎng)接口芯片實(shí)現(xiàn)嵌入式以太網(wǎng)接入。
BCM1101 和RTL8305SB的網(wǎng)絡(luò)接口如圖3所示，BCM1101的以太網(wǎng)接口1通過(guò)變壓器H1029耦合輸出到PORT0作為VoIP的以太網(wǎng)上行口，而以太網(wǎng)接口2通過(guò)變壓器H1029耦合輸出到RTL8305SB的端口0，作為以太網(wǎng)切換控制器的輸入，RTL8305SB的端口1、2通過(guò)變壓器H1053耦合輸出分別作為VoIP的2個(gè)以太網(wǎng)下行口。RX4的連接可通過(guò)設(shè)置使PORT1直接作為VoIP的一個(gè)以太網(wǎng)下行口。

系統(tǒng)SDRAM和FLASH擴(kuò)展模塊
系統(tǒng)SDRAM擴(kuò)展選用HY57V64,是一個(gè)4banks1M16位的SDRAM芯片。SDRAM數(shù)據(jù)線D0~D15分別和BCM1101的SDRAM擴(kuò)展數(shù)據(jù)線SD_DQ0~SD_DQ15相連；地址線A0~A12分別和BCM1101的SDRAM擴(kuò)展地址線SDA0~SDA12相連；BA0，BA1分別接BCM1101的SD_BAS0和SD_BAS1來(lái)選擇4個(gè)bank地址；時(shí)鐘和時(shí)鐘使能分別與BCM1101的SDRAM擴(kuò)展時(shí)鐘相聯(lián)接；用LDQM和UDQM來(lái)在讀模式中控制輸出緩沖器和在寫(xiě)模式下輸入數(shù)據(jù)。通過(guò)行地址選通RAS、列地址選通CAS和寫(xiě)允許WE，來(lái)選擇內(nèi)存單元陣列中的某個(gè)具體地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

FLASH擴(kuò)展芯片選用AM29LV160，這是一個(gè)1M16位的FLASH芯片。在和BCM1101擴(kuò)展接口時(shí)與其相應(yīng)的FLASH接口部分連接。數(shù)據(jù)線為ED0~ED15,地址線用EA1~EA20,其中ED15若接第一根地址線則為字節(jié)模式，本擴(kuò)展中用字模式，因而將其接為最高位數(shù)據(jù)線，將BYTE直接拉高。通過(guò)片選信號(hào)，輸出允許信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)
系統(tǒng)電源模塊選用DC-DC變換器,輸入為DC48V，輸出為5組：-30V、-24V、1.8V、3.3V和5V。每路輸出并連一個(gè)10~100F的濾波電解電容。-30V主要給SLIC接口電路的高壓部分供電；1.8V主要為BCM1101的DVDDC及PLLAVDD等電源供電，在芯片附近盡量靠近芯片的地方并連幾個(gè)0.1~10F的去耦電容以保證電源免受干擾。電路中大部分的電源為3.3V供電，分為模擬電源和數(shù)字電源，兩個(gè)電源間通過(guò)電感和電容網(wǎng)絡(luò)相隔離。

系統(tǒng)復(fù)位電路及系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)外部復(fù)位電路選用MAX6711T，外接復(fù)位按鈕，輸出復(fù)位信號(hào)通過(guò)一個(gè)10K電阻拉高后傳輸給主芯片及其他電路。系統(tǒng)狀態(tài)顯示信號(hào)由主芯片的I/O口GPIO13、GPIO14、GPIO15、GPIO16提供，分別串接一個(gè)33電阻和LED，電源為3.3V。

結(jié)語(yǔ)
該VoIP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)采用嵌入式芯片BCM1101，具有性能穩(wěn)定、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。而且BCM1101有完備的板級(jí)支持包，支持多種信令協(xié)議和豐富的資源，給系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。