基于BCM1101的新型VoIP網關設計

摘 要：本文介紹了以嵌入式處理器BCM1101為核心的語音網關系統硬件設計和實現。該系統利用嵌入式技術，解決了目前VoIP中硬件系統龐大、可靠性低等問題，降低了系統成本。
關鍵詞：VoIP；BCM1101；語音網關

目前，VoIP網關系統采用微控制器和DSP兩個芯片實現系統控制和語音信號處理，使得系統設計難度加大、實現困難、系統穩定性下降，也使生產成本提高。
本文采用BCM1101設計實現了一個新型VoIP語音網關。該芯片集成微控制器和DSP內核，省去微控制器和DSP接口，簡化了硬件電路、加快了系統設計周期并降低了成本。

圖1系統的硬件組成框圖

圖2 BCM1101 SLIC接口電路

圖3 BCM1101 和 RTL8305SB的網絡接口

BCM1101 芯片
BCM1101是為VoIP、本地以太網關和標準媒體終端適配器而設計的高性能芯片。該芯片具有雙CPU內核，包含一個高速(150MHz)MIPS32和高性能(108MHz)雙MAC ZSP DSP。另外還集成一個支持802.3P/Q的3口以太網切換器、2個內置10/100BASE-T PHYS和3個寬帶解碼通道(ADC/DAC)。

系統硬件設計
從硬件角度看，系統可以分成用戶線路接口模塊、網絡接口模塊、SDRAM和FLASH擴展模塊、系統電源模塊和系統復位電路及系統狀態顯示模塊等幾部分，圖1是系統的硬件組成框圖。

SLIC接口模塊的設計
本系統可接電話、傳真，因而有用戶線路接口電路(SLIC)。本系統采用愛立信公司的PBL38780作為SLIC接口電路芯片。

語音網關系統中的PBL38780 SLIC和BCM1101的接口電路如圖2所示。因為BCM1101的3.3V供電電壓低，要使用微分接口來使PBL38780和BCM1101有充足的動態范圍并放大語音傳輸信號。另外，這種微分接口對于BCM1101產生的共模噪聲有很好的抑制作用。由BCM1101產生的低壓振鈴信號通過一個微分接口連接到SLIC。數字信號編/解碼器功能集成在BCM1101內，混合平衡濾波器的傳送和接收增益可通過BCM1101內的軟件來控制。BCM1101可以調整進入SLIC VRP和VRM引腳的低壓振鈴信號。BCM1101的CML輸出在VTXCML設置VTXP和VTXM SLIC傳輸輸出得共模直流電平。R4、R6和箝位OVP組成過壓保護網絡。C4和C12箝位可旁路OVP網絡的瞬時沖擊，也可以過濾高頻干擾(RFI濾波器)。C13和C14是在2個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阻止在應用負電壓時來自VB電源的反向電流。D2通常處于反向偏壓狀態，但在電源VB斷電時傳遞VTB到VBAT終端電源。RTP和RTM設置2線阻抗，可通過更換RTM和RTP來獲得各種終端阻抗。R1、R2、R3設置基本傳送增益，RRXM和RRXP設置基本接收增益，BCM1101數字信號編/解碼器提供更好的軟件傳送、接收增益控制。R4和C4過濾共模電平、CML及連接到VCMLTX的參考電壓。C1、C2、C3、C6、C7、C8對BCM1101傳送和接收微分輸入/輸出進行濾波。C10、C11對BCM1101微分脈寬調制的低壓振鈴信號輸出進行濾波。R7設置環路電流檢測器閾值。R9設置靜態直流環路電流。R10設置一個SLIC參考電流(應為15K，1%)。R8設置掛斷檢測器環路電流檢測閾值。C17對掛斷檢測器濾波。C19設置極性反向時間。C18用于產生高壓振鈴信號。BCM1101的GPIO0~GPIO2、GPIO5分別連接PBL38780的C1、C2、C3、DET來控制七種工作狀態。

網絡接口模塊設計
本系統選用REALTALK公司的RTL8305SB以太網接口芯片實現嵌入式以太網接入。
BCM1101 和RTL8305SB的網絡接口如圖3所示，BCM1101的以太網接口1通過變壓器H1029耦合輸出到PORT0作為VoIP的以太網上行口，而以太網接口2通過變壓器H1029耦合輸出到RTL8305SB的端口0，作為以太網切換控制器的輸入，RTL8305SB的端口1、2通過變壓器H1053耦合輸出分別作為VoIP的2個以太網下行口。RX4的連接可通過設置使PORT1直接作為VoIP的一個以太網下行口。

系統SDRAM和FLASH擴展模塊
系統SDRAM擴展選用HY57V64,是一個4banks1M16位的SDRAM芯片。SDRAM數據線D0~D15分別和BCM1101的SDRAM擴展數據線SD_DQ0~SD_DQ15相連；地址線A0~A12分別和BCM1101的SDRAM擴展地址線SDA0~SDA12相連；BA0，BA1分別接BCM1101的SD_BAS0和SD_BAS1來選擇4個bank地址；時鐘和時鐘使能分別與BCM1101的SDRAM擴展時鐘相聯接；用LDQM和UDQM來在讀模式中控制輸出緩沖器和在寫模式下輸入數據。通過行地址選通RAS、列地址選通CAS和寫允許WE，來選擇內存單元陣列中的某個具體地址進行讀寫操作。

FLASH擴展芯片選用AM29LV160，這是一個1M16位的FLASH芯片。在和BCM1101擴展接口時與其相應的FLASH接口部分連接。數據線為ED0~ED15,地址線用EA1~EA20,其中ED15若接第一根地址線則為字節模式，本擴展中用字模式，因而將其接為最高位數據線，將BYTE直接拉高。通過片選信號，輸出允許信號和寫信號來讀寫數據。

系統電源模塊設計
系統電源模塊選用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，分為模擬電源和數字電源，兩個電源間通過電感和電容網絡相隔離。

系統復位電路及系統狀態顯示電路設計
系統外部復位電路選用MAX6711T，外接復位按鈕，輸出復位信號通過一個10K電阻拉高后傳輸給主芯片及其他電路。系統狀態顯示信號由主芯片的I/O口GPIO13、GPIO14、GPIO15、GPIO16提供，分別串接一個33電阻和LED，電源為3.3V。

結語
該VoIP語音網關系統采用嵌入式芯片BCM1101，具有性能穩定、可靠性高、成本低等特點。而且BCM1101有完備的板級支持包，支持多種信令協議和豐富的資源，給系統軟件設計帶來了極大的方便。