0 引言

le88221是legerity公司生產的一款雙通道用戶線接口芯片。該片內自帶鈴流產生器、dtmf信號產生器、fsk信號及各種音頻信號產生器。芯片的交流參數(包括接口阻抗，四線平衡，收發增益及頻率響應等)和直流參數(包括短路電流，開路電壓，摘掛機門限等)均可編程設置，故能滿足全球用戶的要求。目前該器件以其外圍電路簡單、使用方便而被廣泛用于智能小區樓宇對講系統和voip語音傳輸系統的設計中。

1 le88221的內部結構及管腳功能

le88221器件內部包含有pll電路，可用以產生內部信號處理電路、數字接口電路、系統狀態檢測與處理電路以及用戶線高壓驅動等電路所需的時鐘信號。le88221內部主要由pcm語音數據接口單元、微處理器接口單元、輸入輸出單元、語音信號處理單元、音頻信號產生單元、系統狀態控制及監控單元、用戶線高壓驅動模塊及dc-dc驅動控制單元等組成。圖1所示是le88221的內部組成框圖。



le88221中的pcm語音數據接口單元用于提供語音數據的高速交換通路，且語音數據的收、發時隙均可編程。pcm語音接口單元主要包含如下引腳：

fs，幀同步信號。高電平表示一幀語音數據傳輸的開始，頻率為8 khz，所有語音數據的收發時隙均以此為基準來分配；

pclk，串行移位時鐘。它的速率決定了語音數據串行移位的速率。其頻率為芯片c6命令字中定義的值。

dxa和dra，分別為數字化語音數據串行發送和串行接收引腳。

le88221中的pcm語音數據接口的工作時序如圖2所示。


微處理器接口(mpi)接口單元提供有外部主機與芯片的串行接口。通過此串行接口，用戶的控制命令及信息便可以通過主機寫入到le88221內部的各寄存器，同時，le88221的內部狀態也可通過此接口傳遞給外部主機。mpi接口主要包括如下引腳：

din，串行數據輸入引腳；

dout，串行數據輸出引腳；

cs，芯片片選引腳；

dclk，串行移位時鐘。串行數據以8位命令字數據為起始碼，其后可能包含若干個輸入數據或芯片輸出數據，所有數據的輸入與輸出都是高位(msb)在前。所有數據在讀寫期間，芯片的片選(cs)信號處于無效狀態的時間應大于2．5μs。mpi的接口讀寫時序如圖3所示。


器件的環路檢測單元主要完成摘掛機檢測功能。主要有tdc和rdc引腳。在使用中，每個引腳應外接402 kΩ電阻分別到tipd引腳和ringd引腳。每個引腳均為直流輸入，內部包含有a／d轉換器，用來測試ring-tip線上的直流電壓，其轉換結果作為線路直流饋電特性的反饋控制輸入。另外，此引腳還可用于線路測試，以測試ring／tip線與地之間的漏電流和分布電容。

用戶線驅動單元主要完成用戶線的高壓驅動功能。此單元可以直接與ring／tip線相連接，以完成用戶線上所有直流和交流信號的驅動。另外，它還可以輸出高達92vp-p的差分信號，并具有限流和過熱保護功能。此單元電路包含有tipd和ringd引腳。tipd和ringd引腳連接內部高壓驅動電路，其作用是完成用戶線的饋電，饋電特性南c6命令字中的參數設定。此單元電路的另一個功能是以電流源的形式輸出經d／a轉換后的語音信號。環路檢測及用戶線驅動單元的內部組成框圖如圖4所示。

語音處理模塊主要完成語音的發送與接收的數字化處理。它包含符合g．711標準的語音壓縮與解壓單元、可編程數字濾波器、阻抗匹配網絡、收發增益控制單元、dtmf信號產生以及通用信號音產生單元。通過對其進行編程設置，可以實現收發增益控制，也可設置二線端口阻抗和改善收發回路的頻率響應。數字濾波器的參數計算可以借助于legerity公司的winslac軟件來完成，從而簡化系統設計。此模塊主要包括tac和rac引腳。其功能是接收tip／ring線上的模擬語音信號，并經過內部差分放大器后送至a／d轉換器。tac和rac引腳需分別外接串聯的rc網絡，電容c是隔直電容，電阻r是放大器的輸入電阻，其大小將影響放大器的放大效果，應用電路中推薦的r值為3．01 kΩ，c值為6．8 nf。

dc-dc控制單元主要根據系統固定的外界輸入來產生系統所需的vbl和vbh電源。其典型應用電路如圖5所示。在圖5中，vsw為外界+12 v固定輸入，bath和batl分別與器件的vbl和vbh引腳相連接。swvsy引腳是外界模擬電壓的輸入端，其輸入可經內部a／d轉換，然后將轉換后的值與芯片dc-dc寄存器中的設定值進行比較，再根據比較結果調整swouty輸出的占空比。swisy是輸出電流測試端，內含過流保護電路，當負載短路導致輸出過流時，le88221的dc-dc控制器將自動關閉swout輸出，以保護dc-dc電路。swcmpy是dc-dc y通道的補償電壓輸入端，主要用于在負載變化時，保持輸出電壓的穩定。



2 系統軟件設計

系統軟件主要是完成芯片的初始化和系統工作狀態的測控。這些功能主要是通過mpi接口完成。在實際設計中，可選取c8051f340單片機作為系統外部主機。c8051f340單片機與le88221的接口原理圖如圖6所示。本設計用c8051f340單片機的普通i／o口來模擬mpi接口時序。c8051系列單片機是完全集成的混合信號系統級芯片(soc)，具有與8051兼容的高速cip-51內核，并與mcs-51指令集完全兼容。同時片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬、數字外設及其它功能部件，并且內置有flash程序存儲器、內部ram，此外大部分器件內部還有位于外部

c8051f單片機具有片內調試電路，可通過4線jtag接el或2線c2接口進行非侵入式、全速的在系統調試。編程語言可采用匯編語言或c語言完成。采用c8051f340實現的le88221芯片的讀子程序如下：



采用c8051f340實現的le88221芯片的寫子程序為：




圖7所示是本系統的初始化流程圖。



4 結束語

le88221片內含有豐富的模擬及數字資源，只需外部幾個簡單的分立元件即可完成用戶線接口電路的設計。通過該芯片用于武漢某小區的樓宇對講系統設計發現，該系統具有工作穩定，語音通信清晰等優點。