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E1知识介绍 结合DS21Q59芯片浅谈E1的运用 主要内容 1 概述2 E1基础知识介绍3 名词解释4 收发器DS21Q59的运用 一概述 E1是ITU T制定并由欧洲邮政与电信协会 CEPT 命名的数字传输系统一次群 即PCM30 标准 由32个64kbps的PCM话路经过分时复用形成 其传输速率为2 048Mbps 其中30个话路传输语音等用户信息 另两个话路作为系统开销 传输同步码 信令码及其他辅助信号 E1接口的物理及电特性符合CCITT的G 703标准 我国也采用E1标准作为PCM系统和N ISDN的基群 目前 建立在G 703基础上的E1接口在分组网 帧中继网 GSM移动基站及军事通信中得到广泛的应用 传送语音信号 数据 图像等业务 二 E1基础知识介绍 1 E1简介 一条E1是2 048M的链路 用PCM编码 一个E1的帧长为256个bit 分为32个时隙 一个时隙为8个bit 每秒有8k个E1的帧通过接口 即8K 256 2048kbps 每个时隙在E1帧中占8bit 8 8k 64k 即一条E1中含有32个64K 2 E1帧结构E1分为有成帧 成复帧与不成帧三种方式 在成帧的E1中第0时隙用于传输帧同步数据 其余31个时隙可以用于传输有效数据 在成复帧的E1中 除了第0时隙外 第16时隙是用于传输信令的 只有第1到15 第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据 而在不成帧的E1中 所有32个时隙都可用于传输有效数据 3 E1信道的帧结构在E1信道中 8bit组成一个时隙 TS 由32个时隙组成了一个帧 F 16个帧组成一个复帧 MF 在一个帧中 TS0主要用于传送帧定位信号 FAS CRC 4 循环冗余校验 和对端告警指示 TS16主要传送随路信令 CAS 复帧定位信号和复帧对端告警指示 TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息 我们称TS1至TS15和TS17至TS31为 净荷 TS0和TS16为 开销 如果采用带外公共信道信令 CCS TS16就失去了传送信令的用途 该时隙也可用来传送信息信号 这时帧结构的净荷为TS1至TS31 开销只有TS0了 4 由PCM编码介绍E1由PCM编码中E1的时隙特征可知 E1共分32个时隙TS0 TS31 每个时隙为64K 其中TS0为被帧同步码 Si Sa4 Sa5 sa6 Sa7 A比特占用 若系统运用了CRC校验 则Si比特位置改传CRC校验码 TS16为信令时隙 当使用到信令 共路信令或随路信令 时 该时隙用来传输信令 用户不可用来传输数据 所以2M的PCM码型有 PCM30 PCM30用户可用时隙为30个 TS1 TS15 TS17 TS31 TS16传送信令 无CRC校验 PCM31 PCM30用户可用时隙为31个 TS1 TS15 TS16 TS31 TS16不传送信令 无CRC校验 PCM30C PCM30用户可用时隙为30个 TS1 TS15 TS17 TS31 TS16传送信令 有CRC校验 PCM31C PCM30用户可用时隙为31个 TS1 TS15 TS16 TS31 TS16不传送信令 有CRC校验 CE1 就是把2M的传输分成了30个64K的时隙 一般写成N 64 你可以利用其中的几个时隙 也就是只利用n个64K 必须接在CE1 pri接口上 CE1 pri接口拥有两种工作方式 E1工作方式 也称为非通道化工作方式 和CE1 PRI工作方式 也称为通道化工作方式 5 E1接口阻抗匹配G 703标准终端阻抗匹配非平衡为75ohm 平衡为120ohm 6 E1三种使用方法 将整个2M用作一条链路 如DDN 数字数据网 2M 将2M用作若干个64k及其组合 如128K 256K等 这就是CE1 在用作语音交换机的数字中继时 这也是E1最本来的用法 是把一条E1作为32个64K来用 但是时隙0和时隙15是用作signaling即信令的 所以一条E1可以传30路话音 PRI就是其中的最常用的一种接入方式 标准叫PRA信令 三 名词解释 FASFrameAlignmentSignal基本帧信号CASChannelAssociatedSignaling通道关联信令MFMultiframe复帧SiInternationalBits国际标准位CRC4CyclicalRedundancyCheck循环冗余检验CCSCommonChannelSignaling公共信道信令SaAdditionalBits额外附加位E BitCRC4ErrorBits循环冗余检验错误位LOCLossofClock时钟丢失TCLK此文中TCLK基本上引用发送速率时钟和参考实际的输入信号或者内部驱动信号RCLK引用帧恢复网络时钟和作为输出时钟或者内部信号的参考 四 DS21Q59应用 1 DS21Q59概述DS21Q59是美国MAXIM公司出品的单片四路E1收发器芯片 是一种优化的高密度E1线路终端 它包含四个由线路接口单元 LIU 和成帧器组成的完全独立的收发器 具备了连接四条E1线路所需的各种功能 并且还有一个TDM背板接口 用于在片内进行多路E1信号的交叉复用 该芯片是制作四路E1数字中继接口的极佳选择 可广泛用于路由器 复用器 接入设备 数字程控交换机及信道服务单元 CSU 与数据服务单元 DSU 中 2 DS21Q59的主要性能与特点有4个完整的E1收发器 32 128位的无晶振抖动抑制器 用于消除时钟或数据的相位抖动 片内的系统时钟合成器能够产生2 048MHz 4 096MHz 8 192MHz及16 384MHz等几种时钟 用于多路E1信号的交叉式PCM总线工作 IBO 方式 支持随路信令 CAS 和公共信道信令 CCS 接收通路有两帧容量的滑动缓冲存储器 用于消除接收数据与背板异步时钟之间的相位差和频率差 四个收发器具有独立的环回诊断能力 包括远端环回 本地环回与帧环回 附加的8根输出引脚 每个收发器2根 可由用户灵活配置使用 能够检测并产生远端告警及AIS告警 符合ITU T的G 703 G 704以及G 732等E1标准 3 DS21Q59基本工作原理 DS21Q59芯片主要集成了线路接口单元和成帧器功能 由外部的控制器或处理器通过串口或并口总线对芯片实施控制与功能配置 下图是DS21Q59内部功能框图 图中只画出了四个收发器中的一个 TSER1 是发送串行数据流的输入端 RSER1 是接收串行数据流的输出端 线路接口单元包括发送接口 接收接口和抖动抑制器 由 LICR 寄存器控制 数据发送发送数据时 发送成帧器提供E1传输所必须的帧和复帧数据开销 背板接口部分为成帧器提供时钟 数据和帧同步信号 由成帧器插入适当的帧同步码型和告警信息 并通过计算插入CRC码字 然后完成AMI和HDB3编码 最后利用一组经过激光修整的延迟线和一个精密的D A转换器产生波形 发送到E1线路上去 波形的产生要根据使用的传输介质的情况 产生相应的驱动波形 分别用于75的同轴电缆或120的双绞线对传输 发送波形通常通过一个1 2的升压变压器耦合到同轴线或屏蔽的双绞线对上去 数据接收接收时 E1波形从 RRING 和 RTIP 引脚进入芯片 首先进行时钟和数据恢复 经过抖动抑制器送到接收成帧器 接收成帧器完成对AMI和HDB3线路码的解码及数据流的同步 确定帧和复帧的码型 同时完成CRC码字的错误计数 检测接收到的AIS 同步丢失以及对端告警等各种告警信号 并为背板接口部分提供时钟 数据和帧同步信号 接收通路有两帧容量的滑动缓冲存储器 可通过 RCR 寄存器控制启用 用于消除接收数据与背板异步时钟 SYSCLK 之间的相位差和频率差 线路接口阻抗选择用户通过设置 CCR5 寄存器的 IRTSEL 位 CCR5 4 即可实现DS21Q59芯片与75或120接收终端的匹配 也可以使用内部的终端功能 此时 外部终端接电阻为120欧 一般为两只60电阻串联 将 IRTSEL 位置为 1 使DS21Q59的内部电阻与外部电阻相并联 从而将端接电阻调整到75欧 相位抖动消除每个收发器都有一个时钟与数据抖动抑制器 通过 LICR 寄存器的 JAS 位 即D3位 可以将其配置到发送通路中 也可以配置到接收通路中 用于从发送或接收信号中消除相位抖动 也可以选择不用此项功能 用户操作口 OUTA 和 OUTB 是用户选用输出口 根据需要可灵活配置 通过控制 OUTAC 寄存器 可以使OUTA口输出CMI码 用于直接驱动光接口 时钟合成器片内的系统时钟合成器能够产生2 048MHz 4 096MHz 8 192MHz及16 384MHz等频率的时钟 既为每个收发器提供时钟 还可以为多路E1信号的交叉总线 简称IBO 方式提供时钟 以IBO方式工作时 每个收发器的接收缓冲存储器都必须启用 系统时钟合成器允许任意一条E1线路被选中作为系统的参考时钟源 16 384MHz的系统时钟支持最多8个E1数据流复用到单条高速PCM总线上 用两片DS21Q59实现 高速的PCM串行数据流从TSER1 引脚输入 从 RSER1 输出 4 功能模块及其功能 1 总线接口外部的微控制器或微处理器通过多路总线 简单总线或者串行接口总线来控制DS21Q59的工作 器件工作有Intel和Motorola两种定时配置 由PBTS BTS1 BTS0来配置总线模式 2 寄存器DS21Q59的工作环境是通过9个控制寄存器来配置的 接收控制器 RCR 发送控制器 TCR 和7个公共控制寄存器 CCR1 CCR7 这些寄存器在上电时就初始化配置 正常工作后无需改动 除非系统配置需要改变 地址0F是一个地址识别寄存器 只读寄存器 高4位固定为1001 指出E1收发器器件存在 低4位用来识别器件的id 此寄存器仅存在收发器1 TS0 TS1 0 工厂测试寄存器地址为1EHex 上电工作时 此寄存器应该设置为00h DS21Q59有4个寄存器表征数据帧实时状态信息 即状态寄存器 SR1 状态寄存器 SR2 接收信息寄存器 RIR 和同步状态寄存器 SSR RAF接收帧定位寄存器 1BH RNAF接收帧非定位寄存器 40H TAF发送帧定位寄存器TNAF发送帧非定位寄存器 3 上电时序上电时 由于内部寄存器的内容都是无法预知的 固DS21Q59应配置所有的工作寄存器 包括设置测试寄存器为00H 地址为1EHex LIRST CCR4 7位 应该从0置为1复位线路接口电路 设置LIRST后 大概需要40ms后器件才能恢复 然后稳定输入系统时钟 SYSCLK 同时ESR CCR4 5和CCR4 6 也需要从0设置为1 如果弹性存储不选择可以忽略这步设置 成帧器环路环路运用在测试和调试应用中 SCT环路数据从发送器返回到接收器 FLB使能时 出现下面情况 在TPOSO和TNEGO作为正常数据发送 数据通过RPOSI输入 RNEGI忽略 RCLK输出用TCLK输入替代 远程环路CCR3 7 1 DS21Q59强制进入远程环路模式 此环路中 通过RPOSI和RNEGI引脚输入的数据返回到TPOSO和TNEGO引脚被发送 数据为正常模式连续的通过接收成帧器 而此时发送成帧器的数据是被忽略的 本地环路CCR3 6 1 进入本地环路模式 此环路中 数据作为正常模式连续发送 在RTIP和RRING接收的数据被发送数据替代 环路中的数据经过振动抑制器 系统时钟接口独立的系统时钟接口 SCI 四个收发器公用 SCI可以设计为使用4个接收器中的任一个来作为系统的主参考时钟 同理 多个DS21Q59组成N口系统 SCI允许N路中任何一个作为主时钟 此参考时钟还可以通过REFCLK引脚为其它DS21Q59提供时钟 REFCLK作为输出 选择4路接收之一作为参考 此引脚配置为输入 对SCSx位写入0 时 其选择的参考时钟不能作为主时钟 通过时钟合成器PLL能产生2 048M 4 098M 8 192M和16 384M几种系统时钟 系统时钟也可以同IBO功能一起使用把8路E1线合并到一路高速的PCM总线上 当E1线路口停止时 接收负载信号丢失条件下 系统时钟接口自动会把MCLK切换过来作为系统时钟 因此MCLK实际上是作为主时钟的备份源 主机也能找到并选择一个正在工作E1口作为主源 由于被选择接口时钟需要通过其它的DS21Q59器件上 在多器件配置中 因此一个DS21Q59时钟合成器总是一个高速时钟源 这允许在时钟源能够平稳的切换 SCI控制寄存器只在收发器1中存在 TS0 TS1 0 接收时钟和数据恢复DS21Q59具有一个数字时钟恢复系统 器件通过一个1 1变压器与带屏蔽双绞线或者同轴电缆接收E1线路连接 MCLK引脚提供的2 048MHz时钟通过内部PLL进行16x倍频 然后提供给时钟恢复系统 时钟恢复系统使用PLL提供的时钟形成一个16倍的超采样器 用来恢复时钟和数据 此超采样技术确保了突出的抖动误差 通常RCLK是从RTIP和RRING输入端E1线上AMI HDB3波形中恢复出来的 如果输入端不存在AMI信号时 RCLK来源于MCLK引脚 如果抖动抑制器用在发送模块或禁止时 由于超采样数字时钟恢复电路的缘故 RCLK的高电平周期变短 即正脉冲变窄 而如果抖动抑制器用在接收模块 大部分方案应用 时 抖动抑制器恢复RCLK几乎50 的职责 发送时钟源根据DS21Q59的不同工作模式 发送时钟源也不同 基本配置时 IBO功能禁止 发送时钟源来至TCLK引脚 这种模式一般TCLK引脚上是一个2 048MHz 50ppm 如果TCLK丢失 则是自动切换到REFCLK引脚上的系统参考时钟或者同一接口上的恢复时钟由主机来分配 主机通过查询到发送时钟丢失中断来切换2个备份时钟的一个 而此时不管TCLK脚状态如何 当IBO功能模式时 由于在发送端时滑动 slips 是禁止的 故发送时钟必须与系统时钟同步 这种模式下 TCLK脚