AN93
Si2493/57/34/15/04 (Revisions D and D1) and Si2494/39
(Revisions A and A1) Modem Designer ’s Guide
1. Introduction
The Si2494/93/57/39/34/15/04 ISOmodem chipset family consists of a 38-pin QFN (Si2494/39) or 24-pin TSSOP
(Si2493/57/34/15/04) or 16-pin SOIC (Si2493/57/34/15/04) low-voltage modem device, and a 16-pin SOIC line-
side DAA device (Si3018/10) connecting directly with the telephone local loop (Tip and Ring). This modem solution
is a complete hardware (controller-based) modem that connects to a host processor through a UART, parallel or
SPI interface. Parallel and EEPROM interfaces are available only on the 38-pin QFN or 24-pin TSSOP package
option. Refer to Table 4, “ISOmodem Capabilities,” on page 10 for available part number, capability and package
combinations. Isolation is provided by Silicon Laboratories’ isolation capacitor technology, which uses high-voltage
capacitors instead of a transformer. This isolation technology complies with global telecommunications standards
including FCC, ETSI ES 203 021, JATE, and all known country-specific requirements.
Additional features include programmable ac/dc termination and ring impedance, on-hook and off-hook intrusion
detection, Caller ID, loop voltage/loop current monitoring, overcurrent detection, ring detection, and the hook-
switch function. All required program and data memory is included in the modem device. When the modem
receives a software or hardware reset, all register settings revert to the default values stored in the on-chip
program memory. The host processor interacts with the modem controller through AT commands used to change
register settings and control modem operation. Country, EMI/EMC, and safety test reports are available from
Silicon Laboratories representatives and distributors.
This application note is intended to supplement the Si2494/39 Revision A/A1, Si2493 Revision D/D1, and the
Si2457/34/15/04 Revision D/D1 data sheets. It provides all the hardware and software information necessary to
implement a variety of modem applications, including reference schematics, sample PCB layouts, AT command
and register reference, country configuration tables, programming examples and more. Particular topics of interest
can be easily located through the table of contents or the comprehensive index located at the back of this
document.
XTI
CLKOUT
EESD
EECLK
EECS
RXD
TXD
CTS
RTS
DCD
ESC
RI
CS
WR
RD
A0
D0-D7
SDI
SDO
SCLK
SS
INT
RESET
PLL
Clocking
EEPROM
Interface
XTO
Data Bus
Si3018/10
AOUT
AOUTb
FSYNC
SDO
SDI
MCLK
C1
DSP
UART
Interface
Controller
DAA
Interface
C2
To Phone
Line
Parallel
Interface
ROM
RAM
Program Bus
SPI
Interface
Si3000
Interface
Figure 1. Functional Block Diagram
Rev. 1.41 8/16
Copyright © 2016 by Silicon Laboratories
AN93
AN93
T
ABLE
Section
OF
C
ONTENTS
Page
1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.1. Selection Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2. Modem (System-Side) Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1. Resetting the Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.1.1. Reset Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2. Reset Strapping: General Considerations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.3. Reset-Strap Options for 16-Pin SOIC Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.4. Reset-Strap Options for 24-Pin TSSOP Package. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.4.1. Reset Strapping Options for TSSOP-24 with UART-Interface . . . . . . . 14
2.1.4.2. Reset Strapping Options for TSSOP-24 with Parallel-Interface . . . . . . 14
2.1.4.3. Reset Strapping Options for TSSOP with SPI-Interface. . . . . . . . . . . . 15
2.1.5. Reset Strapping Options for QFN Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.5.1. Reset Strapping Options for QFN Parts with UART Operation . . . . . . 15
2.1.5.2. Reset Strapping Options for QFN Parts with SPI Operation . . . . . . . . 16
2.1.5.3. Reset Strapping Options for QFN Parts with Parallel Operation . . . . . 16
2.2. System Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1. Interface Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.2. Interface Signal Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3. UART Interface Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3.1. UART Options. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3.2. Autobaud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3.3. Flow Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.4. Parallel and SPI Interface Operation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.4.1. Hardware Interface Register 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4.2. Hardware Interface Register 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.4.3. Parallel Interface Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.4.4. SPI Interface Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.4.5. Interface Communication Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3. Isolation Capacitor Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4. Low-Power Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.1. Power-Down Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.2. Wake-on-Ring Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.3. Sleep Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5. Controlling GPIOs (38-Pin QFN Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6. SSI/Voice Mode (24-Pin TSSOP and 38-Pin QFN Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7. EEPROM Interface (24-Pin TSSOP and 38-Pin QFN Only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.7.1. Supported EEPROM Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.7.2. Three-Wire SPI Interface to EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7.3. Detailed EEPROM Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7.4. Boot Commands (Custom Defaults) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7.5. AT Command Macros (Customized AT Commands) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.7.6. Firmware Upgrades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Rev. 1.41
3
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2.7.6.1. Boot Command Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.7.6.2. AT Command Macro Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.6.3. Autoloading Firmware Upgrade Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.6.4. Combination Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3. DAA (Line-Side) Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3.1. Hookswitch and DC Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2. AC Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3. Ringer Impedance and Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4. Pulse Dialing and Spark Quenching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5. Line Voltage and Loop Current Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.6. Legacy-Mode Line Voltage and Loop Current Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.7. Billing Tone Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. Hardware Design Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1. Component Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.1. Power Supply and Bias Circuitry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.2. Hookswitch and DC Termination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.3. Clocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.4. Ringer Network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.1.5. Optional Billing-Tone Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.2. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.3. Bill of Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.4. Layout Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.4.1. ISOmodem Layout Check List . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.4.2. Module Design and Application Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.2.1. Module Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.2.2. Motherboard Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.5. Analog Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.5.1. Interaction between the AOUT Circuit and the
Required Modem Reset Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.5.2. Audio Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5.3. Power Dissipation in the Si3018 DAA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5. Modem Reference Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.1. Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.2. DSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.3. Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.4. AT Command Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.5. Extended AT Commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
5.6. S Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.7. U Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
5.7.1. U-Register Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.7.2. U00–U16 (Dial Tone Detect Filter Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.7.3. U17–U30 (Busy Tone Detect Filter Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.7.4. U31–U33 (Ringback Cadence Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.7.5. U34–U35 (Dial Tone Timing Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.7.6. U37–U45 (Pulse Dial Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.7.7. U46–U48 (DTMF Dial Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4
Rev. 1.41
AN93
5.7.8. U49–U4C (Ring Detect Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.7.9. U4D (Modem Control Register 1—MOD1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.7.10. U4E (Pre-Dial Delay Time Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7.11. U4F (Flash Hook Time Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7.12. U50–U51 (Loop Current Debouncing Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7.13. U52 (Transmit Level Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.7.14. U53 (Modem Control Register 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.7.15. U54 (Calibration Timing Register). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.7.16. U62–U66 (DAA Control Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.7.17. U67–U6A (International Configuration Registers). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.7.18. U6C (Line-Voltage Status Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.7.19. U6E–U7D (Modem Control and Interface Registers) . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.7.20. U80 (Transmit Delay for V.22 Fast Connect) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.7.21. U87 (Synchronous Access Mode Configuration Register) . . . . . . . . . . . . 130
5.7.22. UAA (V.29 Mode Register) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.8. Firmware Upgrades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.8.1. Method 1 (Fastest) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.8.2. Method 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.8.3. Method 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.9. Escape Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.9.1. +++ Escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.9.2. “9th Bit” Escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.9.3. “Escape Pin” Escape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.10. Data Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.11. Error Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.12. Wire Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
5.13. EPOS (Electronic Point of Sale) Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.13.1. EPOS Fast Connect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.13.2. EPOS V.29 Fast Connect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.14. Legacy Synchronous DCE Mode/V.80 Synchronous Access Mode . . . . . . . . . . . 137
5.15. V.80 Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
6. Programming Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.1. Quick Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.2. Country-Dependent Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2.1. DC Termination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2.2. Country Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.2.1. Country Initialization Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.2.2. Country-Setting Register Tables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2.2.3. Special Requirements for Serbia and Montenegro. . . . . . . . . . . . . . . 158
6.2.3. Blacklisting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.3. Caller ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.3.1. Force Caller ID Monitor (Always On) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3.2. Caller ID After Ring Only. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3.3. UK Caller ID with Wetting Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3.4. Japan Caller ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3.5. DTMF Caller ID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
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