探索TI LMH系列SDI串行器：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在數(shù)字視頻信號(hào)處理領(lǐng)域，串行器和電纜驅(qū)動(dòng)器扮演著至關(guān)重要的角色。德州儀器（TI）的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340系列SDI串行器，憑借其出色的性能和豐富的特性，成為了眾多視頻應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來深入探討這些器件的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景以及設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵要點(diǎn)。

文件下載：lmh0070.pdf

器件特性一覽

接口與時(shí)鐘優(yōu)勢(shì)

該系列器件采用LVDS接口與主機(jī)FPGA相連，無需外部VCO或時(shí)鐘參考，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。同時(shí)，集成的可變輸出電纜驅(qū)動(dòng)器能夠提供穩(wěn)定的信號(hào)傳輸，滿足不同應(yīng)用的需求。而且，集成的TXCLK PLL可以有效清理時(shí)鐘噪聲，確保輸出信號(hào)的穩(wěn)定性。

配置與封裝特點(diǎn)

具備3.3V SMBus配置接口，方便用戶進(jìn)行靈活的配置。采用小型48引腳WQFN封裝，節(jié)省了電路板空間，并且支持工業(yè)溫度范圍（-40°C至85°C），適用于各種惡劣環(huán)境。

應(yīng)用廣泛

這些器件可廣泛應(yīng)用于視頻攝像機(jī)、DVR、視頻切換器和視頻編輯系統(tǒng)等SDI接口設(shè)備中，為數(shù)字視頻信號(hào)的處理和傳輸提供了可靠的解決方案。

關(guān)鍵規(guī)格解讀

標(biāo)準(zhǔn)兼容性

輸出符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M - C和DVB - ASI標(biāo)準(zhǔn)，不同型號(hào)在標(biāo)準(zhǔn)支持上略有差異，具體可參考特性表。

功耗與抖動(dòng)

典型功耗為440mW，在HD和3G模式下，典型輸出抖動(dòng)僅為30ps，保證了高質(zhì)量的視頻信號(hào)傳輸。

功能詳細(xì)剖析

設(shè)備操作

SER（串行器）用于數(shù)字視頻信號(hào)源設(shè)備，需與FPGA主機(jī)配合使用。FPGA主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，通過5位寬的數(shù)據(jù)路徑將數(shù)據(jù)提供給SER。只要數(shù)據(jù)格式正確，設(shè)備輸出將符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。TI提供源代碼格式的IP和評(píng)估平臺(tái)，助力開發(fā)者進(jìn)行目標(biāo)應(yīng)用的開發(fā)。

電源供應(yīng)

SER有2.5V和3.3V多個(gè)電源引腳，所有引腳都必須正確連接并進(jìn)行旁路處理。建議使用線性穩(wěn)壓器供電，以獲得更干凈、低噪聲的輸出。同時(shí)，要注意電源平面和接地層的設(shè)計(jì)，以提供有效的RF旁路。

上電與復(fù)位

上電時(shí)，應(yīng)先開啟3.3V電源，再開啟2.5V電源。設(shè)備具有上電復(fù)位序列，可將寄存器內(nèi)容重置為默認(rèn)值，并使PLL進(jìn)入鏈路獲取模式。復(fù)位方式有三種：上電自動(dòng)復(fù)位、復(fù)位引腳復(fù)位和軟件復(fù)位。

LVDS輸入

LVDS輸入符合ANSI/TIA/EIA - 644 - A標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部有100Ω電阻，可形成電流回路接口。建議FPGA與發(fā)射器之間的PCB走線長(zhǎng)度不超過25cm，并采用差分對(duì)布線，以減少信號(hào)衰減和通道偏移。

數(shù)據(jù)順序與模式選擇

數(shù)據(jù)序列化時(shí)，TX0的數(shù)據(jù)先輸出，TX4的數(shù)據(jù)最后輸出。若要反轉(zhuǎn)序列化順序，可通過寄存器0x2E'h進(jìn)行選擇。此外，SER還有DVB - ASI特殊模式，可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行特殊處理。

環(huán)路濾波器與PLL

SER內(nèi)部PLL用于從并行時(shí)鐘輸入生成序列化時(shí)鐘，其環(huán)路濾波器為外部元件，推薦電容值為0.1μF，電阻值為500Ω。PLL的外部濾波電容推薦值為22μF，連接到3.3V電源軌。

輸出接口

SDI輸出提供低偏移的互補(bǔ)或差分信號(hào)，輸出緩沖器為電流模式設(shè)計(jì)。為驅(qū)動(dòng)75Ω?jìng)鬏斁€，需在輸出引腳與2.5V之間連接75Ω電阻。而LMH0050的CML輸出則適用于100Ω?jìng)鬏斁€，內(nèi)部有50Ω上拉電阻。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

PCB設(shè)計(jì)

SMPTE串行規(guī)范對(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸出回波損耗有嚴(yán)格要求，因此要盡量減少SER與輸出連接器之間的走線長(zhǎng)度，并確保走線特性阻抗為75Ω。同時(shí)，F(xiàn)PGA與SER之間的PCB走線應(yīng)不超過25cm，且采用差分對(duì)布線。

電源管理

電源引腳的連接和旁路處理至關(guān)重要，要保證電源的穩(wěn)定性和低噪聲。避免創(chuàng)建接地環(huán)路，確保接地平面的連續(xù)性。

時(shí)鐘優(yōu)化

SER的輸出抖動(dòng)依賴于主機(jī)提供的TXCLK質(zhì)量。為獲得更低的抖動(dòng)，應(yīng)盡量減少TXCLK上的噪聲，可通過精心布線和使用TI的時(shí)鐘生成產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用電路示例

典型SMPTE應(yīng)用電路

以LMH0340為例，其與主機(jī)FPGA的TX接口由5位LVDS數(shù)據(jù)總線和LVDS時(shí)鐘組成，SMBus用于配置，還可使用多個(gè)GPIO信號(hào)。同時(shí)，要注意電源連接、配置引腳設(shè)置和環(huán)路濾波器的選擇。

典型LMH0050 CML應(yīng)用電路

LMH0050的應(yīng)用電路與上述類似，但輸出為CML接口，適用于驅(qū)動(dòng)100Ω差分對(duì)或雙絞線電纜。

總結(jié)

TI的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340系列SDI串行器為數(shù)字視頻信號(hào)處理提供了高性能、高可靠性的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，我們要充分了解器件的特性和功能，注意PCB設(shè)計(jì)、電源管理和時(shí)鐘優(yōu)化等關(guān)鍵要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能為電子工程師們?cè)谙嚓P(guān)設(shè)計(jì)中提供有益的參考。

大家在使用這些器件的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流！