基于BCM1101的新型VoIP网关设计

摘   要：本文介绍了以嵌入式处理器BCM1101为核心的语音网关系统硬件设计和实现。该系统利用嵌入式技术，解决了目前VoIP中硬件系统庞大、可靠性低等问题，降低了系统成本。
关键词：VoIP；BCM1101；语音网关

      目前，VoIP网关系统采用微控制器和DSP两个芯片实现系统控制和语音信号处理，使得系统设计难度加大、实现困难、系统稳定性下降，也使生产成本提高。
本文采用BCM1101设计实现了一个新型VoIP语音网关。该芯片集成微控制器和DSP内核，省去微控制器和DSP接口，简化了硬件电路、加快了系统设计周期并降低了成本。

图1系统的硬件组成框图

图2  BCM1101 SLIC接口电路

图3 BCM1101 和 RTL8305SB的网络接口

BCM1101 芯片
       BCM1101是为VoIP、本地以太网关和标准媒体终端适配器而设计的高性能芯片。该芯片具有双CPU内核，包含一个高速(150MHz)MIPS32和高性能(108MHz)双MAC ZSP DSP。另外还集成一个支持802.3P/Q的3口以太网切换器、2个内置10/100BASE-T PHYS和3个宽带解码通道(ADC/DAC)。

系统硬件设计
      从硬件角度看，系统可以分成用户线路接口模块、网络接口模块、SDRAM和FLASH扩展模块、系统电源模块和系统复位电路及系统状态显示模块等几部分，图1是系统的硬件组成框图。

SLIC接口模块的设计
      本系统可接电话、传真，因而有用户线路接口电路(SLIC)。本系统采用爱立信公司的PBL38780作为SLIC接口电路芯片。

      语音网关系统中的PBL38780 SLIC和BCM1101的接口电路如图2所示。因为BCM1101的3.3V供电电压低，要使用微分接口来使PBL38780和BCM1101有充足的动态范围并放大语音传输信号。另外，这种微分接口对于BCM1101产生的共模噪声有很好的抑制作用。由BCM1101产生的低压振铃信号通过一个微分接口连接到SLIC。数字信号编/解码器功能集成在BCM1101内，混合平衡滤波器的传送和接收增益可通过BCM1101内的软件来控制。BCM1101可以调整进入SLIC VRP和VRM引脚的低压振铃信号。BCM1101的CML输出在VTXCML设置VTXP和VTXM  SLIC传输输出得共模直流电平。R4、R6和箝位OVP组成过压保护网络。C4和C12箝位可旁路OVP网络的瞬时冲击，也可以过滤高频干扰(RFI滤波器)。C13和C14是在2个SLIC反馈回路中的耦合电容，反馈回路用于控制SLIC电流供给和SLIC语音频率传输。C15、C16是供电电源旁路电容。D1二极管用于电源切换。D2阻止在应用负电压时来自VB电源的反向电流。D2通常处于反向偏压状态，但在电源VB断电时传递VTB到VBAT终端电源。RTP和RTM设置2线阻抗，可通过更换RTM和RTP来获得各种终端阻抗。R1、R2、R3设置基本传送增益，RRXM和RRXP设置基本接收增益，BCM1101数字信号编/解码器提供更好的软件传送、接收增益控制。R4和C4过滤共模电平、CML及连接到VCMLTX的参考电压。C1、C2、C3、C6、C7、C8对BCM1101传送和接收微分输入/输出进行滤波。C10、C11对BCM1101微分脉宽调制的低压振铃信号输出进行滤波。R7设置环路电流检测器阈值。R9设置静态直流环路电流。R10设置一个SLIC参考电流(应为15K，1%)。R8设置挂断检测器环路电流检测阈值。C17对挂断检测器滤波。C19设置极性反向时间。C18用于产生高压振铃信号。BCM1101的GPIO0~GPIO2、GPIO5分别连接PBL38780的C1、C2、C3、DET来控制七种工作状态。

网络接口模块设计
      本系统选用REALTALK公司的RTL8305SB以太网接口芯片实现嵌入式以太网接入。
BCM1101 和RTL8305SB的网络接口如图3所示，BCM1101的以太网接口1通过变压器H1029耦合输出到PORT0作为VoIP的以太网上行口，而以太网接口2通过变压器H1029耦合输出到RTL8305SB的端口0，作为以太网切换控制器的输入，RTL8305SB的端口1、2通过变压器H1053耦合输出分别作为VoIP的2个以太网下行口。RX4的连接可通过设置使PORT1直接作为VoIP的一个以太网下行口。

系统SDRAM和FLASH扩展模块
      系统SDRAM扩展选用HY57V64,是一个4banks×1M×16位的SDRAM芯片。SDRAM数据线D0~D15分别和BCM1101的SDRAM扩展数据线SD_DQ0~SD_DQ15相连；地址线A0~A12分别和BCM1101的SDRAM扩展地址线SDA0~SDA12相连；BA0，BA1分别接BCM1101的SD_BAS0和SD_BAS1来选择4个bank地址；时钟和时钟使能分别与BCM1101的SDRAM扩展时钟相联接；用LDQM和UDQM来在读模式中控制输出缓冲器和在写模式下输入数据。通过行地址选通RAS、列地址选通CAS和写允许WE，来选择内存单元阵列中的某个具体地址进行读写操作。

      FLASH扩展芯片选用AM29LV160，这是一个1M×16位的FLASH芯片。在和BCM1101扩展接口时与其相应的FLASH接口部分连接。数据线为ED0~ED15,地址线用EA1~EA20,其中ED15若接第一根地址线则为字节模式，本扩展中用字模式，因而将其接为最高位数据线，将BYTE直接拉高。通过片选信号，输出允许信号和写信号来读写数据。

系统电源模块设计
       系统电源模块选用DC-DC变换器,输入为DC48V，输出为5组：-30V、-24V、1.8V、3.3V和5V。每路输出并连一个10~100F的滤波电解电容。-30V主要给SLIC接口电路的高压部分供电；1.8V主要为BCM1101的DVDDC及PLLAVDD等电源供电，在芯片附近尽量靠近芯片的地方并连几个0.1~10F的去耦电容以保证电源免受干扰。电路中大部分的电源为3.3V供电，分为模拟电源和数字电源，两个电源间通过电感和电容网络相隔离。

系统复位电路及系统状态显示电路设计
      系统外部复位电路选用MAX6711T，外接复位按钮，输出复位信号通过一个10K电阻拉高后传输给主芯片及其他电路。系统状态显示信号由主芯片的I/O口GPIO13、GPIO14、GPIO15、GPIO16提供，分别串接一个33电阻和LED，电源为3.3V。

结语
      该VoIP语音网关系统采用嵌入式芯片BCM1101，具有性能稳定、可靠性高、成本低等特点。而且BCM1101有完备的板级支持包，支持多种信令协议和丰富的资源，给系统软件设计带来了极大的方便。

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