E1接口介绍

E1知识介绍结合DS21Q59芯片浅谈E1的运用主要内容1、概述2、E1基础知识介绍3、名词解释4、收发器DS21Q59的运用一概述E1是ITU-T制定并由欧洲邮政与电信协会（CEPT）命名的数字传输系统一次群（即PCM30）标准，由32个64kbps的PCM话路经过分时复用形成，其传输速率为2.048Mbps，其中30个话路传输语音等用户信息，另两个话路作为系统开销，传输同步码、信令码及其他辅助信号。E1接口的物理及电特性符合CCITT的G.703标准。我国也采用E1标准作为PCM系统和N-ISDN的基群。目前，建立在G.703基础上的E1接口在分组网、帧中继网、GSM移动基站及军事通信中得到广泛的应用，传送语音信号、数据、图像等业务。二、E1基础知识介绍1、E1简介◇一条E1是2.048M的链路，用PCM编码。◇一个E1的帧长为256个bit,分为32个时隙，一个时隙为8个bit。◇每秒有8k个E1的帧通过接口，即8K*256=2048kbps。◇每个时隙在E1帧中占8bit，8*8k=64k，即一条E1中含有32个64K。2、E1帧结构E1分为有成帧，成复帧与不成帧三种方式，在成帧的E1中第0时隙用于传输帧同步数据，其余31个时隙可以用于传输有效数据；在成复帧的E1中，除了第0时隙外，第16时隙是用于传输信令的，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。3、E1信道的帧结构在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有TS0了。4、由PCM编码介绍E1由PCM编码中E1的时隙特征可知，E1共分32个时隙TS0-TS31。每个时隙为64K，其中TS0为被帧同步码，Si、Sa4、Sa5、sa6、Sa7、A比特占用，若系统运用了CRC校验，则Si比特位置改传CRC校验码。TS16为信令时隙，当使用到信令(共路信令或随路信令)时，该时隙用来传输信令，用户不可用来传输数据。所以2M的PCM码型有：◇PCM30：PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,TS17-TS31。TS16传送信令，无CRC校验。◇PCM31：PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,TS16-TS31。TS16不传送信令，无CRC校验。◇PCM30C：PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,TS17-TS31。TS16传送信令，有CRC校验。◇PCM31C：PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,TS16-TS31。TS16不传送信令，有CRC校验。CE1,就是把2M的传输分成了30个64K的时隙，一般写成N*64，你可以利用其中的几个时隙，也就是只利用n个64K，必须接在CE1/pri接口上。CE1/pri接口拥有两种工作方式：E1工作方式（也称为非通道化工作方式）和CE1/PRI工作方式（也称为通道化工作方式）。5、E1接口阻抗匹配G．703标准终端阻抗匹配非平衡为75ohm，平衡为120ohm6、E1三种使用方法◇将整个2M用作一条链路，如DDN（数字数据网）2M；◇将2M用作若干个64k及其组合，如128K，256K等，这就是CE1；◇在用作语音交换机的数字中继时，这也是E1最本来的用法，是把一条E1作为32个64K来用，但是时隙0和时隙15是用作signaling即信令的，所以一条E1可以传30路话音。PRI就是其中的最常用的一种接入方式，标准叫PRA信令。三、名词解释FASFrameAlignmentSignal基本帧信号CASChannelAssociatedSignaling通道关联信令MFMultiframe复帧SiInternationalBits国际标准位CRC4CyclicalRedundancyCheck循环冗余检验CCSCommonChannelSignaling公共信道信令SaAdditionalBits额外附加位E-BitCRC4ErrorBits循环冗余检验错误位LOCLossofClock时钟丢失TCLK此文中TCLK基本上引用发送速率时钟和参考实际的输入信号或者内部驱动信号RCLK引用帧恢复网络时钟和作为输出时钟或者内部信号的参考。四、DS21Q59应用1、DS21Q59概述DS21Q59是美国MAXIM公司出品的单片四路E1收发器芯片，是一种优化的高密度E1线路终端。它包含四个由线路接口单元（LIU）和成帧器组成的完全独立的收发器，具备了连接四条E1线路所需的各种功能，并且还有一个TDM背板接口，用于在片内进行多路E1信号的交叉复用。该芯片是制作四路E1数字中继接口的极佳选择，可广泛用于路由器、复用器、接入设备、数字程控交换机及信道服务单元（CSU）与数据服务单元（DSU）中。2、DS21Q59的主要性能与特点有4个完整的E1收发器；32/128位的无晶振抖动抑制器，用于消除时钟或数据的相位抖动；片内的系统时钟合成器能够产生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等几种时钟，用于多路E1信号的交叉式PCM总线工作（IBO）方式；支持随路信令（CAS）和公共信道信令（CCS）接收通路有两帧容量的滑动缓冲存储器,用于消除接收数据与背板异步时钟之间的相位差和频率差；四个收发器具有独立的环回诊断能力，包括远端环回、本地环回与帧环回；附加的8根输出引脚（每个收发器2根）可由用户灵活配置使用；能够检测并产生远端告警及AIS告警；符合ITU-T的G.703、G.704以及G.732等E1标准。3、DS21Q59基本工作原理DS21Q59芯片主要集成了线路接口单元和成帧器功能，由外部的控制器或处理器通过串口或并口总线对芯片实施控制与功能配置。下图是DS21Q59内部功能框图（图中只画出了四个收发器中的一个）。TSER1是发送串行数据流的输入端，RSER1是接收串行数据流的输出端。线路接口单元包括发送接口、接收接口和抖动抑制器，由LICR寄存器控制。数据发送发送数据时，发送成帧器提供E1传输所必须的帧和复帧数据开销，背板接口部分为成帧器提供时钟、数据和帧同步信号，由成帧器插入适当的帧同步码型和告警信息，并通过计算插入CRC码字，然后完成AMI和HDB3编码；最后利用一组经过激光修整的延迟线和一个精密的D/A转换器产生波形，发送到E1线路上去。波形的产生要根据使用的传输介质的情况，产生相应的驱动波形，分别用于75的同轴电缆或120的双绞线对传输。发送波形通常通过一个1：2的升压变压器耦合到同轴线或屏蔽的双绞线对上去。数据接收接收时，E1波形从RRING和RTIP引脚进入芯片，首先进行时钟和数据恢复，经过抖动抑制器送到接收成帧器；接收成帧器完成对AMI和HDB3线路码的解码及数据流的同步，确定帧和复帧的码型，同时完成CRC码字的错误计数，检测接收到的AIS、同步丢失以及对端告警等各种告警信号，并为背板接口部分提供时钟、数据和帧同步信号。接收通路有两帧容量的滑动缓冲存储器，可通过RCR寄存器控制启用，用于消除接收数据与背板异步时钟SYSCLK之间的相位差和频率差。线路接口阻抗选择用户通过设置“CCR5”寄存器的“IRTSEL”位（CCR5.4），即可实现DS21Q59芯片与75或120接收终端的匹配。也可以使用内部的终端功能，此时，外部终端接电阻为120欧（一般为两只60电阻串联），将“IRTSEL”位置为“1”，使DS21Q59的内部电阻与外部电阻相并联，从而将端接电阻调整到75欧。相位抖动消除每个收发器都有一个时钟与数据抖动抑制器，通过LICR寄存器的JAS位（即D3位），可以将其配置到发送通路中，也可以配置到接收通路中，用于从发送或接收信号中消除相位抖动。也可以选择不用此项功能。用户操作口“OUTA”和“OUTB”是用户选用输出口，根据需要可灵活配置。通过控制“OUTAC”寄存器，可以使OUTA口输出CMI码，用于直接驱动光接口。时钟合成器片内的系统时钟合成器能够产生2.048MHz、4.096MHz、8.192MHz及16.384MHz等频率的时钟，既为每个收发器提供时钟，还可以为多路E1信号的交叉总线（简称IBO）方式提供时钟。以IBO方式工作时，每个收发器的接收缓冲存储器都必须启用，系统时钟合成器允许任意一条E1线路被选中作为系统的参考时钟源，16.384MHz的系统时钟支持最多8个E1数据流复用到单条高速PCM总线上（用两片DS21Q59实现），高速的PCM串行数据流从TSER1引脚输入、从RSER1输出。4、功能模块及其功能（1）总线接口外部的微控制器或微处理器通过多路总线/简单总线或者串行接口总线来控制DS21Q59的工作。器件工作有Intel和Motorola两种定时配置。由PBTS/BTS1/BTS0来配置总线模式。（2）寄存器DS21Q59的工作环境是通过9个控制寄存器来配置的。接收控制器（RCR）、发送控制器（TCR）和7个公共控制寄存器（CCR1-CCR7）。这些寄存器在上电时就初始化配置，正常工作后无需改动，除非系统配置需要改变。地址0F是一个地址识别寄存器（只读寄存器），高4位固定为1001，指出E1收发器器件存在，低4位用来识别器件的id。此寄存器仅存在收发器1（TS0，TS1=0）。工厂测试寄存器地址为1EHex，上电工作时，此寄存器应该设置为00h。DS21Q59有4个寄存器表征数据帧实时状态信息。即状态寄存器（SR1）、状态寄存器（SR2）、接收信息寄存器（RIR）和同步状态寄存器（SSR）。RAF接收帧定位寄存器(1BH)RNAF接收帧非定位寄存器（40H）TAF发送帧定位寄存器TNAF发送帧非定位寄存器（3）上电时序上电时，由于内部寄存器的内容都是无法预知的，固DS21Q59应配置所有的工作寄存器，包括设置测试寄存器为00H（地址为1EHex）。LIRST（CCR4.7位）应该从0置为1复位线路接口电路（设置LIRST后，大概需要40ms后器件才能恢复），然后稳定输入系统时钟（SYSCLK），同时ESR（CCR4.5和CCR4.6）也需要从0设置为1（如果弹性存储不选择可以忽略这步设置）。（４）成帧器环路环路运用在测试和调试应用中，SCT环路数据从发送器返回到接收器。FLB使能时，出现下面情况：在TPOSO和TNEGO作为正常数据发送，数据通过RPOSI输入，RNEGI忽略；RCLK输出用TCLK输入替代。（５）远程环路CCR3.7=1，DS21Q59强制进入远程环路模式。此环路中，通过RPOSI和RNEGI引脚输入的数据返回到TPOSO和TNEGO引脚被发送。数据为正常模式连续的通过接收成帧器，而此时发送成帧器的数据是被忽略的。（６）本地环路CCR3.6=1，进入本地环路模式。此环路中，数据作为正常模式连续发送。在RTIP和RRING接收的数据被发送数据替代。环路中的数据经过振动抑制器。（７）系统时钟接口独立的系统时钟接口（SCI）四个收发器公用。SCI可以设计为使用4个接收器中的任一个来作为系统的主参考时钟。同理，多个DS21Q59组成N口系统，SCI允许N路中任何一个作为主时钟。此参考时钟还可以通过REFCLK引脚为其它DS21Q59提供时钟。REFCLK作为输出，选择4路接收之一作为参考。此引脚配置为输入（对SCSx位写入0）时，其选择的参考时钟不能作为主时钟。通