基于客户端DSP的数字电话系统1

引 言

目前，模拟电话机产品占据电话终端的主导地位，但模拟电话只能传输语音信号；而数字电话具有高保密、可存储、信号质量好等优点。模拟电话机向数字电话机的过渡是电话终端发展的必然。本文研制出以美国TI公司的客户端数字信号处理器(DSP)为核心的数字电话系统，配置音频AD和DA以及电话线侧信号处理芯片，实现对语音信号的采集和输出、调制和解调、处理和存储等功能。语音信号的处理包括回音相消、自动增益调整(AGC)、自动功率调整(APC)以及数字滤波等功能。该系统具有数字化、小型化和价格低的特点，可以应用于各种保密场合、强噪声现场通信以及各种数据业务。

1 客户端处理芯片

系统的客户端处理采用TMS320C54CST和SI3016芯片实现。TMS320C54CST是美国TI公司最近推出的一款客户端数字信号处理芯片，完全兼容TI公司的C54系列DSP。C54CST内部具有DSP芯片通用的缓冲串口、HPI接口、定时器等片内外设，还具有和客户端相关的直接访问设备(DAA)单元。DAA实际上是一个电话终端数据收发模块。该模块提供一个可编程的接口电路，该接口电路可以直接与全球的电话线连接。DAA的内部结构如图1所示。

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DAA由两部分组成：一是DSP片内设备，另一个是与其匹配的片外设备。DAA的片内设备是集成在DSP内部的SI3021模块。该模块和Silicon公司的SI3021芯片的功能完全相同。DSP同SI3021模块之间通过缓冲串口2进行通信；DSP提供时钟信号到SI3021模块。为了与电话时钟兼容，该时钟信号只能是58.9824MHz或者117.9648 MHz。SI3021模块对此时钟进行分频，得到串口通信的位同步时钟和帧同步时钟，再将这些时钟信号返回到DSP。DSP为被动接收方。用户惟一可以直接控制SI3021模块的是DAA的复位信号。该信号可以随时复位SI3021模块，如图1中的DAARESET。DAARESET不是一个实际的引脚，而是DSP内部寄存器中的一位，只能通过软件来复位SI3021模块。

DAA的片外设备选择Silicon公司的SI3016芯片。SI3016和DSP之间只有一根信号线通过匹配阻容连接。SI3016的内部寄存器全部直接映射到DSP内部。通过对DSP内部寄存器的读写控制，DAA片内设备SI3021自动将这些寄存器的值写入SI3016或者从SI3016中读出。SI3016和电话线侧的连接如图2所示。

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图2中，右下方的RING和TIP是两根电话线，通过4个二极管组成的无级性电压变换，最后通过三极管连接到SI3016的DC1引脚，提供电源到SI3016。但待机时，为了降低整机的功耗，三极管处于截止状态，SI3016通过CIB引脚从DSP，取电，摘机时，DSP控制寄存器将SI3016的QB引脚置高，打开三极管，此时SI3016将从两根电话线上取电。这是因为，待机时需要的电压只要1V左右就可以了，而摘机后的电压需要6V左右。SI3016的RNG1和RNG2引脚用于检测振铃信号，RX和Tx引脚用于数据的收发，IGND引脚是一个虚拟的“地”，和真实的“地”使用150pF的电容隔开。

2 系统硬件结构

整个系统由DSP、SI3016、音频AD／DA、液晶、键盘以及Flash组成，硬件结构如图3所示。图3中，DSP是核心控制单元；音频AD用于采集话筒的模拟语音信号，转变成数字语音信号；音频DA将数字语音信号转换成模拟语音信号，输出到耳机或者音箱。音频AD和DA的前端与后端都有放大和滤波电路。一般情况下，音频AD和DA集成到一个芯片上。本系统中使用了TI公司的TLV320AIC10。