| 摘要：作者以CX88168單片調(diào)制調(diào)芯片為核心,設(shè)計(jì)了一種基于V.90標(biāo)準(zhǔn)的高速M(fèi)ODEM。對(duì)V.90高速M(fèi)ODEM的工作模型、硬件構(gòu)成、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題及其功能調(diào)試等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 關(guān)鍵詞：CX88168器件 V.90標(biāo)準(zhǔn) MODEM 隨著因特網(wǎng)的普及和發(fā)展,上網(wǎng)的用戶數(shù)正不斷增加,各種各樣的上網(wǎng)手段層出不窮。但對(duì)于廣大網(wǎng)民來(lái)說(shuō),采用MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸卻是一種最常用的接入方式。面對(duì)這樣一個(gè)巨大市場(chǎng),世界各大芯片制造商相繼推出了自己的MODEM芯片組,并不斷在簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)和提高M(jìn)ODEM的傳輸速度上下功夫。ROCKWELL公司（由CONEXANT公司生產(chǎn)）推出了一款全新的MODEM芯片組——SmartSCM/56S,它能支持新一代計(jì)算機(jī)高速M(fèi)ODEM標(biāo)準(zhǔn)——V.90,并向下兼容ROCKWELL原有的56k MODEM標(biāo)準(zhǔn)——K56flex,以及ITU—T的V.34、V.32bis、V.22、V.21等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。其核心芯片是CX88168單片調(diào)制解調(diào)芯片,外加一片CX20463線路接口芯片和一片CX20437語(yǔ)音編解碼芯片。該芯片組所用的芯片數(shù)據(jù)較少、外圍電路簡(jiǎn)單,采用它可以較快地設(shè)計(jì)出體積小、功能強(qiáng)、支持多種協(xié)議和多種應(yīng)用的高速M(fèi)ODEM。 本文將就這種符合V.90標(biāo)準(zhǔn)的高速M(fèi)ODEM的工作模型、硬件構(gòu)成、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題等進(jìn)行系統(tǒng)的描述,最后給出這種MODEM的一些調(diào)試方法。 1 V.90高速M(fèi)ODEM的工作模型及原理 在討論V.90高速M(fèi)ODEM電路設(shè)計(jì)之間,先闡述一下V.90高速M(fèi)ODEM的工作模型和工作原理。 基于V.90標(biāo)準(zhǔn)的MODEM與通常的V系列MODEM有所不同, 害在設(shè)計(jì)上突破了傳統(tǒng)的對(duì)稱通信模式,采用的是一種不對(duì)稱的通信模式（如圖1所示）,使用戶在進(jìn)行終端到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的連接時(shí)（Home to ISP）,可以享受56kb/s的下行速率,而上行速率仍然和原有B.34 MODEM一樣,只有33.6kb/s。該不對(duì)稱通信模型與傳統(tǒng)的對(duì)稱通信模型的本質(zhì)差別在于：ISP點(diǎn)的數(shù)字V.90 MODEM是采用B交換局提供的數(shù)字專線直接與局間高速數(shù)字線路相連,使ISP點(diǎn)到用戶的下行信道不再需要經(jīng)過(guò)B交換局交換機(jī)中A律A/D轉(zhuǎn)換器,從而突破了因A/D轉(zhuǎn)換器引入量化噪聲所產(chǎn)生的MODEM速率瓶頸。 從信息編碼角度看,下行信道之所以能達(dá)到56kb/s的傳輸速率,其原因就在于下行方向采用PCM編碼技術(shù),ISP點(diǎn)與交換局是通過(guò)數(shù)字接口連接的,下行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)需進(jìn)行A律A/D轉(zhuǎn)換,而直接通過(guò)數(shù)字復(fù)接設(shè)備進(jìn)入數(shù)字交換網(wǎng)。到達(dá)交換局A后,經(jīng)過(guò)一次A律D/A轉(zhuǎn)換和脈沖形成濾波,PCM碼就被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的離散電壓,并通過(guò)電路線送到客戶端V.90模擬MODEM上�？蛻舳薞.90模擬MODEM把接收到的信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成離散的PCM碼,并解碼輸出發(fā)端發(fā)送的信息。 本文所設(shè)計(jì)的模擬V.90 MODEM的解碼任務(wù)就是鑒別這256個(gè)可能的離散電壓值（8bit的PCM編碼）,并將其還原為8000 PCM碼/秒（采樣率8000次/秒）。因此,從理論上說(shuō)采用PCM編碼技術(shù)的模擬V.90 MODEM,其數(shù)據(jù)下行速率應(yīng)能接近64kb/s。但是,采用A律解擴(kuò)技術(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器在接近于零的各個(gè)DAC輸出電壓太過(guò)接近,使得信號(hào)在經(jīng)過(guò)噪聲線路傳輸后,模擬V.90 MODEM很難精確地區(qū)分出各離散電壓,所以,V.90協(xié)議在編碼端只選用最可靠的128個(gè)電壓用于56kb/s下行速率。 在模擬V.90 MODEM連接的上行信道中,需要經(jīng)過(guò)A交換局的A律A/D轉(zhuǎn)換器,這就必須會(huì)引入量化噪聲,這種采用A律13折線壓縮非均量化的信噪比可用下式計(jì)算[8],即
式中,c表示語(yǔ)音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍,p(x)表示語(yǔ)音信號(hào)的幅度概率密度服從拉普拉斯分布,n為PCM編碼的位數(shù),dy/dx表示13折線各段所對(duì)應(yīng)的斜率。根據(jù)上述公式,本文給出用MATLAB繪出的A律13折線壓縮非均勻量化信噪比的特性曲線（見(jiàn)圖2）。從圖2中可看出,語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換,其信噪比只有35～37dB。一般電話通信設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí),基本上都是按40dB的輸入動(dòng)態(tài)范圍考慮,如果假設(shè)非均勻量化信噪比S/N=35dB,電話線實(shí)際可利用的帶寬W=3000Hz,根據(jù)Shannon定理,在帶寬受限的信道上信息傳輸速率X（bit/s）計(jì)算公式為：
X=Wlog2{1+10[(S/N)/10]} (5)
因此,我們可從理論上估算出本文所設(shè)計(jì)的模擬V.90 MODEM的上行通信速率應(yīng)在35 kbit/s以下。用V.34協(xié)議進(jìn)行通信時(shí),上行通信速率限定在33.6kbit/s以下。 2 V.90高速M(fèi)ODEM的實(shí)現(xiàn)及其性能特點(diǎn) CX88168單片機(jī)調(diào)制解調(diào)芯片（SCM）是128pin的TQFP封裝,內(nèi)部包含微控制器（MCU）,數(shù)據(jù)泵（MDP）、256K字節(jié)ROM、32字節(jié)RAM以及與DAA的接口電路。此外,CX88168還可以根據(jù)實(shí)際需要外接256kbit串行EEPROM、4Mbits ROM/flask ROM和1Mbit RAM。與CX88168相配套的DAA芯片是CX20463,用以提供與外圍電話電路的模擬接口。如果需要MODEM提供語(yǔ)音功能,還需要增加一片語(yǔ)音編碼芯片CX20437。筆者采用這套芯片組設(shè)計(jì)了一種基于V.90的高速M(fèi)ODEM,其硬件原理框圖如圖3所示。 |
66821730(技術(shù)支持)
