摘要：具有多端口T1/E1/J1線卡的現(xiàn)代通信系統(tǒng)通過(guò)增加冗余來(lái)滿足電信網(wǎng)絡(luò)的高可用性要求。過(guò)去，這些系統(tǒng)曾經(jīng)用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)N＋1冗余切換。隨著每個(gè)線卡上的T1/E1/J1端口數(shù)和每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的線卡數(shù)的增加，繼電器方案不再可行，因?yàn)樗鼈円加么罅康陌迳峡臻g和供率。設(shè)計(jì)者正在用模擬開關(guān)代替繼電器。與繼電器相比模擬開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)列在表格1中。

相關(guān)應(yīng)用筆記：Intel(R) T1/E1/J1, N+1 Redundancy With Analog Switches and Intel(R) LXT38x Line Interface Units

表1. 模擬開關(guān)與繼電器的比較

?	Relay	Analog Switch
Board Space	100mm2	15mm2
Power Consumption	140mW	5μW
Switching Speed	4ms	30ns
Reliability	Mechanical Operation	No Moving Parts

本篇應(yīng)用筆記介紹了如何使用模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)T1/E1/J1, N+1冗余保護(hù)。同時(shí)還提供了一些選擇模擬開關(guān)的指導(dǎo)，并給出了使用Maxim/Dallas模擬開關(guān)和T1/E1/J1收發(fā)器的測(cè)試結(jié)果。

冗余結(jié)構(gòu)

圖1和圖2為兩種使用模擬開關(guān)的冗余結(jié)構(gòu)。為清楚起見，分別畫出了發(fā)送接口和接收接口。對(duì)于每一個(gè)T1/E1端口，接收和發(fā)送接口都是在同一個(gè)電路板上的。圖中給出了為Dallas/Maxim收發(fā)器（如DS2155）推薦的典型接口變壓器和電阻。兩種結(jié)構(gòu)中，都有一條保護(hù)總線走在底板上，輸入和輸出信號(hào)可以通過(guò)這個(gè)總線送到模擬開關(guān)。保護(hù)總線直接連接到備用（保護(hù)）線卡。

在圖1中("結(jié)構(gòu)A”），模擬開關(guān)位于線卡上。結(jié)構(gòu)A的優(yōu)點(diǎn)是，不必像下面的“結(jié)構(gòu)B”那樣需要一個(gè)單獨(dú)的用于保護(hù)切換的線卡。但它要求即使在失效切換時(shí)開關(guān)也能獲得供電，這就要求一個(gè)單獨(dú)的專用電源。

圖1a. 冗余結(jié)構(gòu)A: 接收通道。

圖1b. 冗余結(jié)構(gòu)A: 發(fā)送通道。

在圖2（“結(jié)構(gòu)B”）中，模擬開關(guān)在一個(gè)單獨(dú)的“保護(hù)切換卡”中。結(jié)構(gòu)B的優(yōu)點(diǎn)是它不依賴于線卡中的常“開”電源，但是它需要額外的保護(hù)切換卡。

圖2a.冗余結(jié)構(gòu)B: 接收通道。

圖2b. 冗余結(jié)構(gòu)B: 發(fā)送通道。

模擬開關(guān)的選擇

為了滿足T1/E1/J1接口規(guī)范，選擇模擬開關(guān)必須認(rèn)真考慮其電氣特性。因?yàn)榘l(fā)送和接收端口的要求有很大差異，我們分別考查它們。

發(fā)送接口開關(guān)

在發(fā)送接口，開關(guān)的導(dǎo)通電阻(Ron)是一個(gè)非常重要的參數(shù)。在圖1和圖2中，我們能看到開關(guān)的Ron與輸出驅(qū)動(dòng)器和變壓器的初級(jí)線圈串聯(lián)，因此它會(huì)略微減小輸出脈沖的幅度。在大多數(shù)情況下，幅度的減小可以簡(jiǎn)單地通過(guò)降低串聯(lián)電阻(Rt)而得到補(bǔ)償，降低的幅度可對(duì)應(yīng)于開關(guān)的典型Ron。例如，如果收發(fā)器推薦的Rt 為11Ω，Ron (典型值)為0.5Ω，那么實(shí)際的Rt就應(yīng)該取10.5Ω。為了確保在整個(gè)工作范圍內(nèi)（包括溫度和電源的變化）正確的工作，保持Ron遠(yuǎn)低于Rt電阻十分重要。較低的Ron也會(huì)有較好的Ron平坦度，從而降低輸出脈沖的失真。

一些收發(fā)器（如DS2155）允許用軟件調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅度。這對(duì)于不使用輸出電阻(Rt = 0)的收發(fā)器，保證足夠的脈沖模板裕量非常有用。

在發(fā)送接口中另一個(gè)重要參數(shù)是開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷電容 (CON 和 COFF)。過(guò)量的導(dǎo)通電容會(huì)使輸出脈沖失真并降低發(fā)送器的回波損失特性。關(guān)斷電容在備用線卡通過(guò)保護(hù)總線發(fā)送時(shí)有重要影響，如圖1和圖2所示。在這種情況下，輸出驅(qū)動(dòng)器看到的電容是所有其他線卡上關(guān)斷電容的并聯(lián)。

模擬開關(guān)如MAX4714和MAX4736的優(yōu)異性能非常適合于T1/E1發(fā)送切換。它們有非常低的Ron (典型值0.6Ω)和非常低的電容（典型值CON = 65pF，COFF = 30pF）。

接收接口開關(guān)

在接收通道，需要考慮的一個(gè)主要問題是開關(guān)對(duì)線路終端匹配的影響，并因此而對(duì)接收回波損失性能的影響。接收回波損耗與相關(guān)頻率范圍內(nèi)輸入終端與額定線路阻抗的匹配情況有直接關(guān)系。在T1/E1/J1應(yīng)用中，這一頻率范圍延伸至3 MHz。因此，低電容對(duì)于保持高頻性能符合如ITU-T G.703這類標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的。低電容的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以幫助改善開關(guān)的關(guān)斷隔離。關(guān)斷隔離在接收接口中尤其重要，它直接影響到噪聲耦合與誤碼率。

開關(guān)Ron電阻將與接收器引腳(RTIP/RRING)串聯(lián)，如圖1和圖2所示。如果線路的端接僅由外部電阻Rr獨(dú)自提供，因?yàn)榻邮掌髯杩狗浅８?，所以Ron不會(huì)對(duì)接收電路造成很大的影響。然而，一些現(xiàn)代收發(fā)器如Dallas的DS2155通過(guò)連接一個(gè)可以由軟件選擇的與外部電阻Rr (每個(gè)60Ω)并聯(lián)的電阻提供內(nèi)部端接。因此，接收接口的Ron可以比發(fā)送接口的大一些，（為了減小電容），但是它仍應(yīng)該保持足夠小，以免影響內(nèi)部端接收發(fā)器的性能。

Maxim的MAX4717提供平衡的很好的Ron和低電容，特別適合于T1/E1/J1接收接口應(yīng)用。它的典型Ron 為3Ω，并具有非常低的電容(典型值CON = 15pF，COFF = 9pF)。

用Dallas/Maxim DS2155實(shí)現(xiàn)

用Dallas DS2155單片收發(fā)器的評(píng)估板測(cè)試圖1和圖2電路。模擬開關(guān)使用3.3V電源供電。測(cè)試裝置中的元件取值如下表所示：

Component	Value T1 Mode	Value E1 Mode (Twisted Pair)	Value E1 Mode (Coaxial Cable)	Notes
Transmit Transformer	1:2 PE-65771	1:2 PE-65771	1:2 PE-65771	Can also use other Dallas/Maxim recommended transformers (See App Note 351: "Transformer Selection Guide")
Receive Transformer	1:1 PE-68644	1:1 PE-68644	1:1 PE-68644
Rt	0Ω	10Ω	10Ω	Internal transmit termination off
Rr	60Ω	60Ω	60Ω	Internal receive termination on
Cr	0.1μF	0.1μF	0.1μF	?
Receive Switch	MAX4717			?
Transmit Switch	MAX4714			?

使用本電路時(shí)必須關(guān)閉內(nèi)部發(fā)送端接功能。為了在E1雙絞線和同軸電纜中使用相同的發(fā)送電阻，必須將以下數(shù)值寫入發(fā)送線補(bǔ)償控制寄存器(TLBC)：

TLBC (地址7Dh) = 6Ah

它設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的電壓，使輸出脈沖在120Ω（雙絞線）和75Ω（同軸）負(fù)載上都具有正確的幅度。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，你還需要給圖1和圖2中的電路增加浪涌保護(hù)器件。關(guān)于浪涌保護(hù)的詳細(xì)信息請(qǐng)?jiān)L問Dallas/Maxim網(wǎng)站上的相關(guān)應(yīng)用筆記。

測(cè)試結(jié)果

根據(jù)圖1和圖2，我們可以看出，當(dāng)N＋1冗余結(jié)構(gòu)中電路板數(shù)量N增加時(shí)，備用板收發(fā)器看到的最大并聯(lián)關(guān)斷電容也隨之增加。這個(gè)并聯(lián)電容將對(duì)輸出脈沖的形狀和回波損失特性產(chǎn)生影響。另一方面，在正常的工作狀態(tài)下（備用板沒有工作），開關(guān)的導(dǎo)通電容是收發(fā)器看到的最主要的電容，并且這個(gè)（較小的）電容比較容易處理的。

為了在最差情況的容性負(fù)載下（備用板被激活）實(shí)現(xiàn)良好的性能，建議N不要超過(guò)8（1:8冗余保護(hù)）。圖3至圖5顯示了測(cè)得的T1/E1輸出脈沖。

圖3. 輸出脈沖, T1 模式

T1, 0-133ft LBO, 0 ft電纜,正常工作?(1)	T1, 0-133ft LBO, 0 ft電纜, N = 8(2)
(1) 通過(guò)發(fā)送通道上兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)后的輸出脈沖	(2) 8+1結(jié)構(gòu)中備用板的輸出脈沖

圖4.輸出脈沖, E1 雙絞線

E1, 同軸電纜,正常工作?(1)	E1,同軸電纜, N = 8?(2)
(1) 通過(guò)發(fā)送通道上兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)后的輸出脈沖	(2) 8+1結(jié)構(gòu)中備用板的輸出脈沖

圖5. 輸出脈沖, E1同軸電纜

E1, 雙絞線,正常工作?(1)	E1, 雙絞線, N = 8?(2)
(1) 通過(guò)發(fā)送通道上兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)后的輸出脈沖	(2) 8+1結(jié)構(gòu)中備用板的輸出脈沖