Der CMX867AD2 bietet eine flexible Physical-Layer-Lösung für die industrielle Kommunikation.

^{27. November 2025 – In kritischen Bereichen wie industrieller Steuerung, Energiemessung und Fernüberwachung sind die Zuverlässigkeit und die Anpassungsfähigkeit an die Umwelt von Kommunikationssystemen zu Schlüsselkomponenten der Wettbewerbsfähigkeit von Geräten geworden. Der Multimode-Modemchip CMX867AD2 mit seiner tief integrierten Mixed-Signal-Architektur und robusten Programmierbarkeit bietet eine hochintegrierte Single-Chip-Lösung für komplexe elektromagnetische Umgebungen und unterschiedliche Protokollanforderungen und erweist sich als ideale Wahl für intelligente Edge-Side-Konnektivität in industriellen Umgebungen.}

 

 

I. Chip-Übersicht: Integrierte industrielle Kommunikations-Engine

 

^{Der CMX867AD2 ist mehr als nur ein Modem – er ist ein hochintegriertes „Kommunikationssubsystem auf einem Chip“. Es vereint ein leistungsstarkes analoges Frontend, einen konfigurierbaren digitalen Modemkern, Protokollverarbeitungslogik und umfangreiche Systemschnittstellen in einem einzigen kompakten Paket. Der Chip ist so konzipiert, dass er die gesamte physikalische Schicht und einen Teil der Funktionalität der Datenverbindungsschicht zwischen Industriegeräten und verschiedenen kabelgebundenen Medien (z. B. Twisted Pair, Stromleitung oder dedizierte Leitungen) übernimmt und dadurch die Verarbeitungslast des Host-Controllers und den Gesamtstromverbrauch des Systems erheblich reduziert.}

 

^{Kerntechnologieanalyse:Flexible und konfigurierbare Multimode-Architektur
Der Hauptvorteil des CMX867AD2 liegt in seinem softwaredefinierbaren Signalverarbeitungspfad, der so konfiguriert werden kann, dass er Kommunikationsanforderungen in mehreren Industrieszenarien unterstützt.}

 

^{1.Adaptive Modulation und Signalverarbeitung:}

^{Der Chip verfügt über eine programmierbare Modulations-Engine, die Schemata vom klassischen FSK (Frequency Shift Keying) bis hin zu effizienteren digitalen Modulationsmethoden unterstützt. Benutzer können die Auswahl basierend auf Übertragungsentfernung, Datenrate und Anforderungen an die Störfestigkeit optimieren.}

^{Es integriert eine leistungsstarke programmierbare digitale Filterbank und einen adaptiven Equalizer. Filterparameter (wie Mittenfrequenz, Bandbreite und Roll-Off-Koeffizient) können per Software angepasst werden, um die Kanaleigenschaften optimal anzupassen und Störungen in bestimmten Frequenzbändern zu unterdrücken, was für den Betrieb in Industrieumgebungen mit viel Wechselrichter- und Relaisrauschen von entscheidender Bedeutung ist.}

^{Es umfasst einen präzisen RSSI- (Received Signal Strength Indicator) und einen CD-Schaltkreis (Carrier Detect), der eine Überwachung der Verbindungsqualität in Echtzeit ermöglicht und intelligente Schlaf-/Wach-Entscheidungen für die Software der oberen Schicht ermöglicht.}

 

^{2. Multifunktionsprotokoll-unterstützte Verarbeitung:}

^{Über die Modulation und Demodulation der physikalischen Schicht hinaus integriert der Chip hardwarebeschleunigte FEC-Encoder/Decoder (Forward Error Correction) und eine CRC-Einheit (Cyclic Redundancy Check), wodurch die Zuverlässigkeit der Datenrahmenübertragung auf Hardwareebene erheblich verbessert und die Belastung der Host-CPU verringert werden kann.}

^{Es bietet konfigurierbare Hilfsfunktionen der Verbindungsschicht wie automatische Bestätigung und Frame-Timeout-Neuübertragung, wodurch das Host-Software-Design weiter vereinfacht und die Echtzeitleistung der Systemreaktion verbessert wird.}

 

 

 

II. Empfohlener externer Schaltplan für typische Anwendungen

 

 

^{Hauptfunktionsmodule und Pin-Beschreibungen}

^{1. Taktschaltung (XTAL/CLOCK)}

^{Pins: XTALN, X1 (Pins 1, 2)}

^{Externe Komponenten:}

^{Kristall X1: 11,0592 MHz oder 12,288 MHz}

^{Ladekondensatoren C1, C2: 22pF}

^{Beschreibung: Stellt die Hauptuhr des Systems bereit; C1 und C2 dienen zur Stabilisierung der Quarzschwingung.}

 

^{2. Strom- und Vorspannungsschaltung}

^{VDD: Positive Stromversorgung (Pins 7, 11 usw.)}

^{VSS: Masse (mehrere Pins)}

^{VBIAS: Vorspannung (erfordert Entkopplung über C3)}

^{Entkopplungskondensatoren:}

^{C3, C4: 100 nF (in der Nähe von VDD/VBIAS platziert)}

^{C5: 10µF (größere Kapazität zur Niederfrequenzentkopplung)}

 

^{3. Empfangskanal (RX-Leitungsschnittstelle)}

^{Pins: RXAFB, RXAN, RXA (Pins 8–10)}

^{Funktion: Empfängt externe Signale. Um Inbandinterferenzen zu vermeiden, ist ein sorgfältiges Layout erforderlich.}

 

 

 

 

^{4. Übertragungskanal (TX-Leitungsschnittstelle)}

^{Pins: TXA, TXAN (Pins 17–18)}

^{Funktion: Überträgt modulierte Signale.}

 

^{5. Steuer- und Datenschnittstelle (C-BUS)}

^{Pins: CSN, BEFEHLSDATEN, SERIELLER UHR, ANTWORTDATEN, IRQN}

^{Schnittstellentyp: Serieller Steuerbus für die Kommunikation mit dem Mikrocontroller (µC).}

 

<sup>Wichtige Designpunkte
1. Strom- und Erdungsentkopplung</sup>

^{VDD und VBIAS müssen über C3, C4 und C5 entkoppelt werden.}

^{VSS-Masseebene: Es wird empfohlen, eine Masseebene unter dem Chip einzurichten, um eine Erdung mit niedriger Impedanz sicherzustellen, insbesondere für:}

^{Zwischen VSS-Pins}

^{Die Masseanschlüsse der Entkopplungskondensatoren}

^{Die Masseanschlüsse der Quarzlastkondensatoren (C1, C2)}

 

^{2. Quarzoszillator-Design}

^{Signalamplitude: Der Antriebspegel sollte ≥ 40 % von VDD (Spitze-zu-Spitze) betragen.}

^{Stimmgabelquarze werden nicht empfohlen, da ihre Antriebsfähigkeit normalerweise nicht ausreicht.}

^{Es wird empfohlen, den Kristalllieferanten zu konsultieren, um entsprechende Unterstützung beim Design der Oszillatorschaltung zu erhalten.}

 

^{3. Pfadschutz erhalten}

^{Der Chip kann Signale mit kleiner Amplitude erkennen; Daher muss der Empfangspfad Inbandinterferenzen vermeiden.}

^{Es wird empfohlen, die Empfangsleitung während des Layouts zu isolieren, um eine Rauschkopplung zu verhindern.}

 

^{Anforderungen an die Komponentengenauigkeit}

^{Widerstände: ±5 %}

^{Kondensatoren: ±20 % (sofern nicht anders angegeben)}

 

^{Zusammenfassung
Dieses typische Anwendungsdiagramm stellt die minimale Systemkonfiguration für den CMX867A dar, einschließlich:}

^{Taktquelle (Kristall + Ladekondensatoren)}

^{Stromfilternetzwerk}

^{Sende-/Empfangsleitungsschnittstelle}

^{Steuerbusschnittstelle}

^{Layout- und Erdungsempfehlungen (insbesondere in Bezug auf Erdungsebenen und Entkopplungsplatzierung)}

^{Diese Designvorschläge zielen darauf ab, einen stabilen Chipbetrieb sicherzustellen, insbesondere in Szenarien mit hochempfindlichem Empfang und Kleinsignalverarbeitung.}

 

 

 

III. Übersetzung von Funktionsblockdiagrammen

 

 

^{Abschnitt Steuerung und Datenschnittstelle
Module:
C-BUS SERIELLE SCHNITTSTELLE}

^{Tx/Rx-DATENREGISTER & USART}

^RINGDETEKTOR

 

^{Funktionsbeschreibung:}

^{Der C-BUS ist ein serieller Steuerbus, der für die Kommunikation mit einem externen Mikrocontroller verwendet wird. Es umfasst die folgenden Signale:}

^{CSN (Chip Select)}

^{SERIELLER UHR (Serieller Takt)}

^{BEFEHLSDATEN (Befehlsdaten)}

^{ANTWORTDATEN (Antwortdaten)}

^{IRQN (Interrupt Request)}

^{Die Datenregister und USART sind für die Pufferung und serielle Konvertierung während der Datenübertragung und des Datenempfangs verantwortlich.}

^{Der Ringdetektor dient zur Erkennung von Klingelsignalen auf der Leitung und gibt sie an RDRVN aus.}

 

^{Wichtige Punkte in typischen Anwendungsschaltungen}

^{1. Takt: Erfordert einen Quarzoszillator mit 11,0592 MHz oder 12,288 MHz und 22 pF-Lastkondensatoren.}

^{2. Stromversorgung: VDD und Vorspannung VBIAS müssen mithilfe von 100 nF- und 10 μF-Kondensatoren entkoppelt werden, die so nah wie möglich am Chip platziert werden.}

^{3.Erdung: Eine Erdungsebene unter dem Chip wird empfohlen, um eine minimale Impedanz für alle VSS-Pins sicherzustellen und die Erdungsverbindungen der Kondensatoren zu entkoppeln.}

^{4.Transceiver-Schnittstelle: RXA/TXA sind analoge Signalanschlüsse; Das Layout muss Störungen verhindern.}

^{5. Steuerbus: Die Kommunikation mit einem externen Mikrocontroller erfolgt über CSN, Takt- und Datenleitungen (C-BUS).}

^{6. Kristallauswahl: Der Antriebspegel muss ≥ 40 % von VDD sein; Stimmgabelkristalle werden nicht empfohlen.}

 

 

 

^{Kern des internen Funktionsblockdiagramms
Der interne Arbeitsablauf des Chips kann in drei Hauptphasen unterteilt werden:}

 

^{1.Kontrolle und Dateninteraktion (linker Abschnitt):
Die Kommunikation mit dem Mikrocontroller erfolgt über die serielle C-BUS-Schnittstelle und verwaltet die Datenübertragung, den Empfang und die Ringerkennung.}

 

^{2. Modemkern (zentraler Abschnitt):
Unterstützt mehrere Modulationsschemata wie FSK, QAM und DPSK. Enthält Funktionen zum Verschlüsseln, Entschlüsseln und zur Erkennung der Signalenergie.}

 

^{3.Analoge Signalverarbeitung (rechter Abschnitt):
Umfasst Filterung, Entzerrung und Verstärkungsregelung für Übertragung und Empfang. Integriert die DTMF-Generierung und -Erkennung und bietet analoge Loopback-Testfunktionen.}

 

^{Übersicht über den Kernprozess}

^{Übertragung: Daten werden über den C-BUS eingegeben → Modulation → Filterung/Verstärkungsanpassung → Differenzausgang von TXA/TXAN.}

^{Empfang: Signal kommt von RXA → Verstärkung/Gain-Steuerung → Filterung/Entzerrung → Demodulation → Datenauslesung über den C-BUS.}

^{Hauptmerkmale: Unterstützt DTMF-Verarbeitung, Ruferkennung und Energieüberwachung während des gesamten Prozesses und umfasst Selbsttests über die Loopback-Funktionalität.}

 

^{Zusammenfassung
Dieser Chip integriert ein Modem, eine Telefonleitungsschnittstelle und eine Steuerlogik in einer einzigen Einheit. In Kombination mit einer einfachen Peripherieschaltung kann daraus ein komplettes Kommunikationsterminal entstehen, das für eingebettete Anwendungen geeignet ist, die eine zuverlässige Datenübertragung erfordern.}

 

 

 

IV. Schnittstellenschaltung und Zeitdiagramm für den Klingelsignaldetektor

 

 

^{Schaltungsfunktion}

^{Dieser Schaltkreis dient als externe Ringerkennungsschnittstelle des Chips. Es wandelt das Hochspannungs-Wechselstrom-Klingelsignal (typischerweise 40–90 Veff) auf der Telefonleitung in ein vom Chip erkennbares digitales Signal um und speist es über den RT-Pin in das interne Klingeldetektormodul ein.}

 

^{Schaltungsaufbau und Signalfluss}

^{1. Eingabeschutz und Berichtigung (linker Abschnitt):
D1-D4 (1N4004) bilden einen Brückengleichrichter, der das Wechselstrom-Rufsignal in ein unidirektionales pulsierendes Gleichstromsignal umwandelt.}

 

^{R20-R22 (jeweils 470 kΩ) und R23 (einstellbar, im Diagramm als 68 kΩ empfohlen) bilden ein Hochspannungs-Spannungsteilernetzwerk, das das gleichgerichtete Hochspannungssignal auf einen sicheren Eingangsbereich für den Chip dämpft.}

 

^{2.Filterung und Signalkonditionierung (mittlerer Abschnitt):}

^{C20, C21 (0,1 µF) und C22 (0,33 µF) bilden ein RC-Tiefpassfilternetzwerk, das zur Glättung des gleichgerichteten pulsierenden Signals und zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen verwendet wird.}

^{Das gefilterte Signal (im Diagramm mit X gekennzeichnet) wird in den RT-Pin des Chips eingespeist.}

 

^{3. Interne Erkennung (rechter Abschnitt):}

^{Der RT-Pin ist intern mit einem Schmitt-Trigger verbunden, dessen hohe Schwellenspannung als Vthi bezeichnet wird.}

^{Wenn die Spannung des Signals}

^{Dieser Status kann vom Mikrocontroller über den C-BUS gelesen oder zum Auslösen eines Interrupts (IRQN) konfiguriert werden.}

 

 

 

 

^{Wichtige Designparameter und Berechnungen}

^{Garantie der Erkennungsschwelle:
Das Dokument enthält ein Designbeispiel: Wenn R20 = R21 = R22 = 470 kΩ und R23 = 68 kΩ, gewährleistet die Schaltung die Erkennung von Rufsignalen bei 40 Vrms oder mehr über den VDD-Bereich von 3–5 V.}

 

^{Prinzipanalyse:
Die Spitzenspannung nach der Gleichrichtung beträgtVpeak​=40 Vrms×2​≈56,6 V.}
 

^{Nach der Dämpfung durch das Spannungsteilernetzwerk muss der Spannungseingang am RT-Pin den Vthi des internen Schmitt-Triggers überschreiten. Die Anpassung von R23 ermöglicht die Abstimmung des Spannungsteilungsverhältnisses zur Anpassung an unterschiedliche Vthi (abhängig von VDD) und Ringspannungsschwellen.}

^{Anforderungen an die Komponententoleranz:}

^{Widerstände: ±5 %}

^{Kondensatoren: ±20 %}

 

 

^{Zusammenfassung}

^{Diese Schnittstellenschaltung dient als analoges Hochspannungs-Frontend mit hoher Impedanz und Gleichrichtung und Filterung. Seine Hauptfunktionen sind:}

^{Sichere Isolierung: Verwendet einen hochohmigen Spannungsteiler, um das Hochspannungs-Rufsignal sicher auf einen für den Chip akzeptablen Pegel (typischerweise < VDD) zu reduzieren.}

^{Signalaufbereitung: Gleichrichtung und Filterung wandeln das Wechselstrom-Ringsignal in einen relativ gleichmäßigen Gleichstromimpuls um und erleichtern so die digitale Erkennung.}

^{Zuverlässige Erkennung: Nutzt die Hystereseeigenschaften des Schmitt-Triggers, um die Störfestigkeit zu verbessern und Fehlauslösungen durch Rauschen oder Spannungsschwankungen zu verhindern.}

^{Dieses Design stellt eine typische Lösung für den Anschluss herkömmlicher Telefonleitungen an CMOS-Chips mit geringem Stromverbrauch dar. Es gewährleistet eine zuverlässige Ringerkennung, Sicherheit und Anpassungsfähigkeit an einen weiten Betriebsspannungsbereich.}

 

 

 

V. Zweidraht-Telefonleitungsschnittstellenschaltung

 

 

 

^{Hierbei handelt es sich um die Zweidraht-Telefonleitungsschnittstellenschaltung für den CMX867AD2, die dazu dient, die analogen Transceiversignale des Chips mit der standardmäßigen 600-Ω-Zweidraht-Telefonleitung abzugleichen und zu koppeln.}

 

 

^{Schaltungsfunktion}

^{Diese Schaltung dient als analoge Front-End-Schnittstelle zwischen dem Chip und der Telefonleitung und implementiert hauptsächlich Folgendes:}

 

^{1. Signalkopplung übertragen: Übermittelt das modulierte Signal (TX) vom Chip an die Telefonleitung.}

^{2. Empfangssignalextraktion: Extrahiert das von der anderen Partei (RX) übertragene Signal aus der Telefonleitung und speist es in den Chip ein.}

^{3. Impedanzanpassung und -filterung: Passt die Impedanz der Chipseite an die 600-Ω-Telefonleitung an und filtert hochfrequentes Rauschen heraus.}

^{4.DC-Isolierung: Blockiert die DC-Spannung auf der Leitung durch Kondensatoren, so dass nur AC-Signale durchgelassen werden.}

 

^{Schaltungsaufbau und Signalpfad}

^{1. Übertragungspfad (TX → Leitung)
Die Differenzausgänge TXA/TXAN des Chips sind direkt mit der Primärseite eines 1:1-Transformators verbunden.}

^{Der Transformator erreicht:}

^{Signalkopplung: Überträgt das Signal an die Telefonleitung.}

^{Elektrische Isolierung: Isoliert das Gleichstrompotential zwischen dem Chip und der Telefonleitung.}

^{Symmetrisch-unsymmetrische Umwandlung: Wandelt das Differenzsignal in ein Single-Ended-Signal auf der Leitung um.}

 

^{2. Empfangspfad (Leitung → RX)
Das Telefonleitungssignal wird über den Transformator eingekoppelt und gelangt in das Empfangsnetz:}

^{R11, R12: Bilden ein Spannungsteilernetzwerk, um den Empfangssignalpegel einzustellen und eine Eingangsüberlastung zu verhindern.}

^{C11 (100 pF): Bildet zusammen mit den Widerständen einen Tiefpassfilter zur Dämpfung hochfrequenter Störungen.}

^{Das Signal wird schließlich in die Differenzempfangsanschlüsse RXAFB/RXAN/RXA des Chips eingespeist.}

 

^{3. Leitungsabschluss und Filterung}

^{R13 und C10 (33 nF) sind parallel geschaltet, um ein Leitungsabschlussnetzwerk zu bilden, das eine komplexe Impedanzanpassung ermöglicht, die an die 600-Ω-Leitungseigenschaften angepasst ist.}

^{C10 arbeitet außerdem mit C11 zusammen, um hochfrequente Störungen weiter herauszufiltern.}

 

 

 

 

 

^{Zusammenfassung der wichtigsten Komponentenfunktionen}

 

^{Transformator (1:1): Als Kernkopplungs- und Isolationskomponente sorgt er für elektrische Isolierung (schützt den Chip vor hohen Spannungen auf der Leitung), führt eine symmetrische zu unsymmetrische Umwandlung durch (wandelt das Differenzsignal des Chips in ein Single-Ended-Signal auf der Telefonleitung um) und überträgt AC-Signale effizient.}

 

^{Widerstände R11 und R12: Bilden ein Spannungsteilernetzwerk im Empfangspfad. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Signalpegel der Telefonleitung einzustellen und zu dämpfen und sicherzustellen, dass die Amplitude des an die Empfangspins des Chips (RXAFB/RXAN) gesendeten Signals in einem geeigneten Bereich bleibt, um eine Überlastung zu verhindern.}

 

^{Widerstand R13 und Kondensator C10 (33 nF): Parallel geschaltet, um das Leitungsabschlussnetzwerk zu bilden. R13 liefert die primäre Widerstandsimpedanz und simuliert in Verbindung mit C10 komplexe Leitungsimpedanzeigenschaften, um eine Impedanzanpassung an die 600-Ω-Telefonleitung zu erreichen und so die Signalreflexion zu reduzieren. Darüber hinaus trägt C10 auch zur Hochfrequenzfilterung bei.}

 

^{Kondensator C11 (100 pF): Am Empfangseingang positioniert, ist seine Hauptfunktion die Hochfrequenzrauschfilterung. Zusammen mit den Front-End-Widerständen bildet es einen Tiefpassfilter, der hochfrequente Störungen auf der Leitung effektiv unterdrückt und die Qualität des Empfangssignals verbessert.}

 

^{Entkopplungskondensator C3 (100 nF): Verbunden mit dem Vorspannungspin VBIAS des Chips. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine stabile und saubere Vorspannung für die internen analogen Schaltkreise (insbesondere den Empfangsverstärker) bereitzustellen und Netzteilrauschen herauszufiltern, um eine optimale analoge Leistung sicherzustellen.}

 

^{Designüberlegungen}

^{1.Schutzschaltung nicht dargestellt: Das Diagramm ist ein vereinfachtes Schema. In praktischen Anwendungen müssen am Eingang der Telefonleitung Überspannungs-/Überstromschutzschaltungen (wie Gasentladungsröhren, TVS-Dioden, PTC-Thermistoren usw.) hinzugefügt werden.}

^{2.Impedanzanpassung: Die Werte von R13, C10 und die Transformatorparameter müssen entsprechend der tatsächlichen Leitungsimpedanz (typischerweise 600 Ω) fein abgestimmt werden, um die Rückflussdämpfung zu reduzieren.}

^{3.Rauschunterdrückung: Die Werte von C10 und C11 bestimmen die Hochfrequenz-Grenzfrequenz und sollten für die spezifische Leitungsrauschumgebung optimiert werden.}

^{4.Komponententoleranz: Widerstände: ±5 %, Kondensatoren: ±20 %. Um eine gleichbleibende Leistung sicherzustellen, wird die Verwendung stabiler Komponententypen empfohlen.}

 

^{Zusammenfassung}

^{Diese 2-Draht-Schnittstellenschaltung ist eine typische Hybridschaltung, die Folgendes erreicht:}

^{Trennung von Sende- und Empfangssignalen}

^{Anpassung der Leitungsimpedanz}

^{Elektrische Isolierung und Rauschunterdrückung}

 

^{Dadurch kann der CMX867A Vollduplex- oder Halbduplex-Datenkommunikation über eine standardmäßige Zweidraht-Telefonleitung durchführen und als kritische analoge Brücke zwischen dem Chip und der physischen Leitung dienen. In praktischen Designs müssen auf dieser Grundlage zusätzlicher Leitungsschutz und behördlich zertifizierte Peripherieschaltkreise hinzugefügt werden.}

 

 

VI. Vierdraht-Leitungsschnittstellenschaltung

 

 

^{Dies ist die Vierdraht-Leitungsschnittstellenschaltung für den CMX867AD2, die für den Anschluss des Chips an eine standardmäßige 600-Ω-Vierdraht-Kommunikationsleitung ausgelegt ist. Vierdrahtsysteme werden typischerweise in der professionellen Kommunikation oder bei der Übertragung über große Entfernungen verwendet. Sie zeichnen sich durch die vollständige physische Trennung der Sende- (Tx) und Empfangskanäle (Rx) aus, wobei jeder ein unabhängiges Paar verdrillter Drähte verwendet.}

 

^{Schaltungsfunktion und -merkmale}

^{Diese Schaltung dient als analoge Frontend-Schnittstelle zwischen dem Chip und der Vierdrahtleitung. Zu seinen Hauptmerkmalen gehören:}

 

^{Kanalisolation: Die Sende- und Empfangspfade sind völlig unabhängig und verwenden jeweils einen 1:1-Transformator, wodurch die bei Zweidrahtsystemen auftretenden Hybrid- und Echounterdrückungsprobleme vermieden werden.}

 

^{Signalkopplung und -isolation: Die beiden Transformatoren sorgen jeweils für die Kopplung von Sende- und Empfangssignalen und sorgen für eine galvanische Trennung.}

 

^{Impedanzanpassung und -filterung: Bietet unabhängige 600-Ω-Abschlussanpassung und Hochfrequenzrauschfilterung für jede Leitung (Sendeleitung und Empfangsleitung).}

 

 

^{Schaltungsaufbau und Signalweg}

^{1. Übertragungspfad (unabhängiges Übertragungsleitungspaar)
Die Differenzausgänge TXA/TXAN des Chips sind direkt mit der Primärseite des sendeseitigen 1:1-Transformators verbunden.}

^{Der Transformator koppelt das Signal an die unabhängige Sendeleitung und sorgt so für eine symmetrische Übertragung und DC-Isolierung.}

 

^{2. Empfangspfad (unabhängiges Empfangsleitungspaar)
Das Signal der unabhängigen Empfangsleitung gelangt zunächst in den empfangsseitigen 1:1-Übertrager.}

^{Nach der Kopplung durch den Transformator gelangt das Signal in das Empfangskonditionierungsnetzwerk:}

^{R11 und R12: Bilden ein Spannungsteilernetzwerk, um den Empfangssignalpegel festzulegen und eine Eingangsüberlastung am Chip zu verhindern.}

^{C11 (100 pF): Fungiert als Hochfrequenzfilterkondensator zur Dämpfung von Rauschen im Empfangskanal.}

^{Das Signal wird schließlich in die Empfangsanschlüsse RXAFB/RXAN des Chips eingespeist.}

 

 

 

^{3. Leitungsabschlussanpassung}

^{R10: Dient als Abschlusswiderstand für die Sendeleitung. Sein Widerstandswert hängt von den Transformatoreigenschaften und den Anforderungen an die Leitungsimpedanz ab.}

^{R13: Dient als Abschlusswiderstand für die Empfangsleitung. Sein Widerstandswert muss ebenfalls anhand der Transformator- und Leitungsimpedanz bestimmt werden.}

 

^{Das Dokument weist darauf hin, dass die Werte von R10 und R13 von den Eigenschaften des ausgewählten Transformators abhängen und auf der Grundlage der tatsächlichen Konstruktion berechnet werden müssen.}

 

 

^{4.Andere Komponenten}

^{C12 (33 nF): Parallel geschaltet auf der Empfangsleitungsseite für Hochfrequenz-Bypass oder Hilfsimpedanzanpassung.}

^{C3 (100 nF): Sorgt für die Entkopplung des VBIAS-Pins des Chips und stabilisiert die Vorspannung des Empfangsverstärkers.}

 

 

^{Schlüsselkomponentenfunktionen}

^{Sendetransformator und Empfangstransformator (beide 1:1): Jeder sorgt unabhängig voneinander für elektrische Isolierung, symmetrische Übertragung und Signalkopplung für die Sende- und Empfangssignale. Dies bildet die Grundlage für die Erzielung einer hochisolierten Vollduplex-Kommunikation in einem Vierdrahtsystem.}

 

^{Widerstände R10 und R13: Dienen als Abschlusswiderstände für die Sende- bzw. Empfangsleitungen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, zusammen mit den Transformatoren eine Impedanzanpassung an die 600-Ω-Leitung zu erreichen und so die Signalreflexion weitestgehend zu minimieren.}

 

^{Widerstände R11 und R12: Bilden ein Empfangssignaldämpfungsnetzwerk, mit dem der von der Empfangsleitung gekoppelte Signalpegel auf den geeigneten Bereich für die Empfangseingangsanschlüsse des Chips (RXAFB/RXAN) eingestellt wird.}

 

^{Kondensator C11 (100 pF): Befindet sich am Empfangseingang des Chips. Seine Hauptfunktion besteht darin, hochfrequentes Rauschen aus dem Empfangssignal herauszufiltern und so das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.}

 

^{Kondensator C12 (33 nF): Auf der Empfangsleitungsseite parallel geschaltet, hauptsächlich zur Umgehung von Hochfrequenzrauschen verwendet und kann auch an einem Hilfsimpedanzanpassungsnetzwerk teilnehmen.}

 

^{Entkopplungskondensator C3 (100 nF): Sorgt für die Entkopplung der Vorspannung (VBIAS) der internen Analogschaltungen des Chips (insbesondere des Empfangsverstärkers), sorgt für Stabilität der Stromversorgung und unterdrückt Rauschen.}

 

 

^{Designüberlegungen}

^{1. Transformatorauswahl: Die Werte von R10 und R13 hängen von den Eigenschaften des ausgewählten Transformators ab (z. B. Windungsverhältnis, Streuinduktivität, Wicklungswiderstand usw.). Sie müssen durch umfassende Berechnungen anhand des Transformatordatenblatts und der Leitungsimpedanz (600 Ω) ermittelt werden.}

 

^{2. Pegeleinstellung: Die Signalpegelkonfiguration für die Sende- und Empfangsleitungen sowie der Wert des Widerstands R11 können unter Bezugnahme auf die für die Zweidrahtschaltung verwendete Methodik und deren Anwendung festgelegt werden.}

 

^{3. Schutzschaltungen: Das Diagramm ist ein vereinfachtes Schema. In praktischen Anwendungen müssen an den Eintrittspunkten beider Leitungen (der Sendeleitung und der Empfangsleitung) entsprechende Überspannungs-/Überstromschutzschaltungen hinzugefügt werden.}

 

^{4.Komponententoleranz: Widerstände: ±5 % Toleranz; Kondensatoren: ±20 % Toleranz, um eine gleichbleibende Leistung zu gewährleisten.}

 

^{Zusammenfassung}

^{Diese Vierdraht-Schnittstellenschaltung bietet eine Standardlösung für den Anschluss des CMX867A an professionelle Vierdrahtleitungen. Sein Hauptvorteil liegt in der physikalischen Isolierung der Sende- und Empfangskanäle, die Echointerferenzen vermeidet, das Design vereinfacht und eine stabilere und qualitativ hochwertigere Vollduplex-Kommunikation ermöglicht. Die wichtigsten Designüberlegungen sind die Auswahl der beiden Transformatoren und die Berechnung ihrer entsprechenden Abschlusswiderstände (R10, R13). Diese Schaltung dient als zuverlässiges analoges Frontend für die Datenkommunikation über große Entfernungen oder über eine Standleitung.}

 

 

 

VII. Blockdiagramm des Datenpfads des Empfangsmodems

 

^{Kerndatenpfadfluss}

^{1.Dateneingabe
Die Daten stammen vom Ausgang des FSK- oder DPSK-Demodulators.}

^{Nur DPSK-Modus: Die Daten durchlaufen zunächst den Descrambler, der durch ein Enable-Signal gesteuert wird.}

 

^{2. Datenpufferung und Seriell-Parallel-Konvertierung
Die Daten gelangen in den Rx-Datenpuffer (Empfangsdatenpuffer).}

^{Das USART-Modul (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) führt eine Seriell-Parallel-Konvertierung durch, gesteuert durch den Bitratentakt.}

^{Der USART verarbeitet Start-/Stoppbits und führt eine Paritätsprüfung durch.}

 

^{3. Datenausgabe an den Mikrocontroller
Die verarbeiteten parallelen Daten (7 Bits) werden in das Rx-Datenregister der C-BUS-Schnittstelle geschrieben.}

^{Der Mikrocontroller (µC) liest die Daten aus diesem Register über die C-BUS-Schnittstelle.}

 

 

 

 

^{Wichtige Statusflags und Kontrollmechanismen}

^{1.Rx-Datenbereit-Flag
Triggerbedingung: Immer wenn ein neues Zeichen im Rx-Datenregister gespeichert wird.
Funktion: Das Rx Data Ready-Flag im Statusregister wird auf 1 gesetzt und weist den µC an, die neuen Daten zu lesen.
Zusätzlicher Betrieb im Start-Stopp-Modus: Aktualisiert gleichzeitig das Flag „Even Rx Parity“ im Statusregister.}

 

^{2.Frame-Fehlerbehandlung (Start-Stopp-Modus)}

^{Fehlerbedingung: Wenn ein Stoppbit fehlt (dh es wird eine 0 anstelle einer 1 empfangen).}

^{Abwicklungsprozess:}

 

^{1. Das Zeichen wird weiterhin im Rx-Datenregister gespeichert und das Data Ready-Flag ist gesetzt.}

^{2. Sofern die V.14 Overrun-Option nicht aktiviert ist, wird auch das Rx Framing Error-Bit im Statusregister auf 1 gesetzt.}

^{3. Der USART wird beim nächsten 1→0-Übergang (Stoppbit zu Startbit) neu synchronisiert.}

^{4. Das Frame-Fehler-Flag bleibt gesetzt, bis das nächste Zeichen erfolgreich empfangen wurde.}

 

^{Spezielle Datenmusterdetektoren
Der obere Abschnitt des Blockdiagramms zeigt vier Detektoren, die mit Statusregisterbits (b9, b7, b8) verbunden sind und zur Überwachung spezifischer Muster im Empfangsdatenstrom verwendet werden:}

 

^{1.1010-Detektor: Wird nur im FSK-Modus verwendet, um alternierende 1/0-Muster zu erkennen.}

^{2. Kontinuierlicher unverschlüsselter 1-Detektor: Erkennt kontinuierliche, unverschlüsselte 1 Sekunden.}

^{3. Kontinuierlicher verschlüsselter 1-Detektor: Erkennt kontinuierliche, verschlüsselte 1 Sekunden.}

^{4. Kontinuierlicher Detektor: Ein allgemeiner kontinuierlicher Signaldetektor.}

 

^{Die Ausgänge dieser Detektoren können zur Diagnose von Leitungszuständen, Synchronisationsqualität oder spezifischer Signalisierung verwendet werden.}

 

^{Zusammenfassung}

^{Der Kern dieses Empfangsdatenpfads ist ein von einem USART verwalteter Seriell-Parallel-Umwandlungskanal, der durch umfassende Fehlererkennungs- (Paritätsprüfung, Rahmenfehler) und Statusberichtsmechanismen ergänzt wird. Sein Design gewährleistet eine zuverlässige Datenübertragung vom Demodulator zum Mikrocontroller und bietet gleichzeitig detaillierte Funktionen zur Überwachung des Verbindungsstatus durch mehrere Detektoren, sodass das System flexibel mit verschiedenen Kommunikationsanomalien umgehen kann.}

 

 

 

VIII. Blockdiagramm der programmierbaren Dual-Tone-Detektor- und Filterimplementierung

 

 

^{Kernfunktionen}

^{Programmierbare Zweitonerkennung: Kann Audiosignalpaare erkennen, die aus zwei spezifischen Frequenzen bestehen.}

^{Hohe Flexibilität: Die Erkennungsfrequenzen, Pegel und Toleranzbereiche können alle per Softwareprogrammierung eingestellt werden, sodass keine externen Hardwareanpassungen erforderlich sind.}

 

 

^{Implementierungsarchitektur}

^{1.Filterbereich
Verwendet eine IIR-Filterstufe 4. Ordnung.}

^{Funktion: Extrahiert die Zielfrequenzkomponenten aus dem Eingangssignal und unterdrückt Außerbandrauschen.}

^{Merkmal: IIR-Filter (Infinite Impulse Response) bieten typischerweise steilere Roll-off-Charakteristiken bei gleicher Filterordnung und ermöglichen so eine präzise Frequenztrennung.}

 

^{2. Frequenzerkennungsmechanismus
Prinzip: Verwendet eine Zyklus-Timing-Methode.}

^Verfahren:

 

^{1. Messen Sie die Zeit, die das Eingangssignal benötigt, um eine programmierbare Anzahl (N) voller Zyklen abzuschließen.}

^{2.Vergleichen Sie diese Zeit mit programmierbaren oberen und unteren Zeitgrenzen.}

^{Entscheidung: Liegt die gemessene Zeit innerhalb des voreingestellten Zeitfensters, gilt die Zielfrequenz als erkannt.}

^{Vorteil: Im Vergleich zur direkten Frequenzmessung ist diese Methode in lauten Umgebungen möglicherweise robuster und lässt sich einfacher digital implementieren.}

 

^{Programmierkonfigurationsmethode}

^{1. Programmiersequenz
Eine Folge von 27 16-Bit-Wörtern muss über den C-BUS in das Programmierregister geschrieben werden.}

^{Das erste Wort: Muss 32769 (hexadezimal 0x8001) sein und dient wahrscheinlich als Synchronisierungsheader oder Schreibstartflag.}

^{Die folgenden 26 Wörter: Werden zur spezifischen Parameterkonfiguration verwendet, jedes mit einem Wertebereich von 0 bis 32767 (0x0000–0x7FFF).}

 

^{2.Parameterinhalt
Diese 26 16-Bit-Wörter sind für die Konfiguration von:}

^{Die Nominalwerte der beiden zu erfassenden Frequenzen.}

^{Der Pegelerkennungsschwellenwert, der jeder Frequenz entspricht.}

^{Das Toleranzfenster für die Frequenzerkennung (d. h. die oberen und unteren Zeitgrenzen).}

^{Kann auch erweiterte Parameter wie Erkennungsdauer und Filterkoeffizienten umfassen.}

 

 

 

^{Zusammenfassung und Anwendung}

^{Dieser programmierbare Dual-Ton-Detektor ist eine hochintegrierte, softwaredefinierte Audiosignalerkennungs-Engine. Sein Kernwert liegt in:}

^{Hohe Integration: Integriert sowohl die Filter- als auch die Erkennungslogik intern und reduziert so den Bedarf an externen Komponenten.}

^{Hohe Flexibilität: Kann per Softwarekonfiguration angepasst werden, um den Signalstandards verschiedener Länder, verschiedenen DTMF-Frequenzen oder benutzerdefinierten Audiosignalen zu entsprechen.}

^{Digitale Implementierung: Nutzt digitale Filterung und Timing-Vergleich und gewährleistet so eine stabile Leistung, die nicht durch Schwankungen analoger Komponenten beeinträchtigt wird.}

 

^{Es eignet sich gut für eingebettete Kommunikationssysteme, die die Erkennung von Anruffortschrittstönen, DTMF-Wahl, Fernbedienungssignalen und ähnlichen Anwendungen erfordern.}

 

 

 

^{IX. Zeitdiagramm der C-BUS-Schnittstelle}

 

 

^{Kommunikationssignale und grundlegender Fluss}

^{CSN (Chip Select): Aktiv niedrig, initiiert eine Kommunikationstransaktion.}

^{SERIAL CLOCK (Serieller Takt): Wird vom µC bereitgestellt und dient zur Synchronisierung der Datenbitübertragung.}

^{BEFEHLSDATEN (Befehlsdaten): Anweisungen oder Daten, die vom µC an den Chip gesendet und vom Chip bei der steigenden Flanke des Takts abgetastet werden.}

^{ANTWORTDATEN (Antwortdaten): Status oder Daten, die vom Chip an den µC zurückgegeben werden und vom µC bei der steigenden Flanke des Takts abgetastet werden.}

 

Kernparameteranalyse

 

^{Diese Timing-Spezifikation definiert die kritischen Timing-Anforderungen für die synchrone serielle Kommunikation zwischen dem Chip und dem externen Mikrocontroller (µC) und gewährleistet so eine zuverlässige Befehls- und Datenübertragung. Bei allen Zeitangaben handelt es sich um Mindestanforderungen mit Einheiten in Nanosekunden (ns).}

 

^{1. Timing der Befehlsdatenübertragung (vom µC zum Chip)}

^{Der µC muss die zeitliche Beziehung der Befehlsdaten (COMMAND DATA) relativ zur ansteigenden Flanke des seriellen Takts (SERIAL CLOCK) streng kontrollieren:}

 

^{Command Data Setup Time (tCDS): Bevor die steigende Flanke des Takts eintrifft, muss die Befehlsdatenleitung bereits für mindestens 15,0 ns stabil auf einem gültigen Logikpegel sein.}

 

^{Befehlsdatenhaltezeit (tCDH): Nachdem die steigende Flanke des Takts verstrichen ist, muss die Befehlsdatenleitung mindestens 25,0 ns lang stabil bleiben.}

 

 

 

^{2. Antwortdaten-Sampling-Timing (vom Chip zum µC)}

^{Der Chip ist dafür verantwortlich, die Antwortdaten (REPLY DATA) innerhalb der vorgegebenen Zeit für die Abtastung durch den µC vorzubereiten:}

^{Reply Data Setup Time (tRDS): Bevor die steigende Flanke des Takts eintrifft, muss der Chip die Antwortdaten auf die Datenleitung leiten und sie mindestens 50,0 ns lang stabilisieren, um eine zuverlässige Abtastung durch den µC zu gewährleisten.}

 

^{Reply Data Hold Time (tRDH): Der Mindestwert für diesen Parameter beträgt 0,0 ns, was bedeutet, dass sich die vom Chip ausgegebenen Antwortdaten nach der steigenden Flanke des Takts sofort ändern können, ohne dass eine zusätzliche Haltezeit erforderlich ist.}

 

^{3. Einschränkungen der physikalischen Schicht}

^{Signallast: Um die oben genannten Hochgeschwindigkeits-Timing-Anforderungen zu erfüllen, muss die Lastkapazität jeder C-BUS-Schnittstellenleitung (einschließlich CSN-, Takt- und Datenleitungen) innerhalb von 30 pF gehalten werden. Dies erfordert die Kontrolle der Leiterbahnlängen und die Minimierung kapazitiver Lasten während des PCB-Layouts.}

 

^{Pegelschwellenwerte: Die logischen High-/Low-Pegel der Signale werden als Prozentsatz der Versorgungsspannung (VDD) bestimmt. Typischerweise muss der hohe Wert über 70 % VDD und der niedrige Wert unter 30 % VDD liegen.}

 

 

^{4. Übersicht über die zeitliche Abfolge des Betriebs}

^{Eine vollständige C-BUS-Kommunikationstransaktion beginnt, wenn das Chip Select (CSN)-Signal auf einen niedrigen Pegel wechselt. Während der gültigen seriellen Taktzyklen sendet der µC Befehlsdatenbits an der steigenden Flanke des Takts (erfüllt die tCDS/tCDH-Anforderungen), während der Chip auch die Antwortdatenbits an dieser steigenden Flanke vorbereitet (erfüllt die tRDS-Anforderungen). Die Kommunikation endet, wenn CSN auf einen hohen Pegel übergeht, woraufhin die Antwortdatenleitung in einen hochohmigen Zustand übergeht.}

 

^{Fazit: Der Schlüssel zu zuverlässiger Kommunikation liegt darin, dass sich der µC bei der Übertragung von Befehlen strikt an tCDS und tCDH hält, während das Chipdesign tRDS gewährleistet, damit der µC Antworten genau lesen kann. Sowohl Hardware- als auch Softwaredesigns müssen diese Timing-Anforderungen erfüllen und gleichzeitig die Auswirkungen der Lastkapazität berücksichtigen.}