德州儀器SDI串行器LMH0340/0040/0070/0050：高清視頻傳輸?shù)睦硐脒x擇

在當(dāng)今的數(shù)字視頻領(lǐng)域，對(duì)于高質(zhì)量、高速率信號(hào)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)。德州儀器（TI）的LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器，憑借其卓越的性能和豐富的特性，成為了眾多視頻設(shè)備制造商的首選。本文將詳細(xì)介紹這些器件的特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用它們。

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一、產(chǎn)品概述

LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器是TI FPGA-Attach SER/DES產(chǎn)品家族的一部分，支持與FPGA的5位LVDS接口。這些器件旨在與FPGA主機(jī)協(xié)同工作，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化，并輸出符合DVB-ASI、SMPTE 259M-C、SMPTE 292M和SMPTE 424M標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。

特性亮點(diǎn)

1. LVDS接口：與主機(jī)FPGA通過(guò)LVDS接口連接，無(wú)需外部VCO或時(shí)鐘參考，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
2. 集成可變輸出電纜驅(qū)動(dòng)器：提供強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，確保信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)的穩(wěn)定性。
3. 3.3V SMBus配置接口：方便進(jìn)行設(shè)備配置和參數(shù)調(diào)整。
4. 集成TXCLK PLL：有效清除時(shí)鐘噪聲，提高信號(hào)質(zhì)量。
5. 小型48引腳WQFN封裝：節(jié)省電路板空間，適用于緊湊型設(shè)計(jì)。
6. 工業(yè)溫度范圍：-40°C至85°C，滿(mǎn)足各種惡劣環(huán)境的應(yīng)用需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

這些串行器廣泛應(yīng)用于各種視頻設(shè)備，如視頻攝像機(jī)、DVR、視頻切換器和視頻編輯系統(tǒng)等，為高清視頻信號(hào)的傳輸提供了可靠的解決方案。

二、關(guān)鍵規(guī)格

輸出標(biāo)準(zhǔn)兼容性

功耗與抖動(dòng)

典型功耗約為440mW，在HD和3G模式下，典型輸出抖動(dòng)僅為30ps，確保了低功耗和高穩(wěn)定性的信號(hào)傳輸。

三、功能描述

設(shè)備操作

SER（串行器）用于數(shù)字視頻信號(hào)源設(shè)備，與FPGA主機(jī)協(xié)同工作。FPGA主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，通過(guò)5位寬的數(shù)據(jù)路徑將數(shù)據(jù)提供給SER。只要主機(jī)正確格式化數(shù)據(jù)，SER的輸出將符合所選的輸出模式標(biāo)準(zhǔn)。TI提供源代碼格式的IP以及評(píng)估平臺(tái)，幫助開(kāi)發(fā)者進(jìn)行目標(biāo)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

電源供應(yīng)

SER有多個(gè)2.5V和3.3V的電源引腳，必須正確連接并進(jìn)行旁路處理。旁路電容建議使用并聯(lián)的4.7μF和0.1μF電容，每個(gè)電源引腳還需配備0.1μF電容。器件底部中心的大接觸點(diǎn)必須連接到系統(tǒng)GND，作為主要的接地連接。此外，VDDPLL引腳需要連接一個(gè)22μF的電容到3.3V電源軌。

上電與復(fù)位

上電時(shí)，應(yīng)先接通3.3V電源，再接通2.5V電源。設(shè)備具有上電復(fù)位序列，將所有寄存器內(nèi)容重置為默認(rèn)值，并使PLL進(jìn)入鏈路獲取模式，嘗試鎖定TXCLK輸入。設(shè)備有三種復(fù)位方式：上電自動(dòng)復(fù)位、復(fù)位引腳復(fù)位和軟復(fù)位（通過(guò)寫(xiě)入復(fù)位寄存器實(shí)現(xiàn)）。

LVDS輸入

SER的LVDS輸入符合ANSI/TIA/EIA-644–A標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部有100Ω電阻，允許與LVDS驅(qū)動(dòng)器形成電流回路接口。建議FPGA與SER之間的PCB走線(xiàn)長(zhǎng)度不超過(guò)25cm，以減少信號(hào)衰減和通道偏移?？梢酝ㄟ^(guò)寄存器設(shè)置調(diào)整LVDS輸入的延遲和順序。

環(huán)路濾波器與PLL濾波器

SER內(nèi)部的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。建議在引腳26和27之間連接一個(gè)串聯(lián)的電容和電阻，電容值為0.1μF，電阻值為500Ω。PLL的外部濾波電容建議值為22μF，連接到3.3V電源軌。

DVB-ASI模式

在DVB-ASI模式下，TX4±輸入信號(hào)被視為數(shù)據(jù)有效位。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，TX0 - TX3的4位半字節(jié)組成一個(gè)8位字，經(jīng)過(guò)內(nèi)部8b10b編碼器轉(zhuǎn)換為10位代碼后進(jìn)行序列化輸出；當(dāng)TX4±為低電平時(shí)，忽略TX0 - TX3輸入，插入10位空閑字符。空閑字符可以通過(guò)寄存器0x11'h和0x12'h進(jìn)行重新編程。

輸出接口

SDI輸出

除LMH0050外，其他型號(hào)的串行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)，高阻抗輸出。為驅(qū)動(dòng)75Ω?jìng)鬏斁€(xiàn)，需在每個(gè)輸出引腳與2.5V之間連接一個(gè)75Ω電阻，該電阻既將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓，又作為傳輸線(xiàn)的終端電阻。輸出驅(qū)動(dòng)器會(huì)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)速率自動(dòng)調(diào)整擺率，以符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)。

CML輸出

LMH0050的輸出為CML，內(nèi)部包含50Ω上拉電阻，適用于驅(qū)動(dòng)100Ω?jìng)鬏斁€(xiàn)?？梢赃B接到差分傳輸介質(zhì)（如雙絞線(xiàn)電纜）或外部電纜驅(qū)動(dòng)器。

電源管理

通過(guò)向寄存器0x26'h寫(xiě)入‘0x40h’和向寄存器0x01'h寫(xiě)入‘0x10'h，可以使設(shè)備進(jìn)入低功耗模式，預(yù)計(jì)可降低約30%的功耗。此外，如果TXCLK輸入沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，部分電路會(huì)自動(dòng)斷電，進(jìn)一步節(jié)省功耗。

SMBus接口

配置總線(xiàn)符合SMBus 2.0規(guī)范，但不支持可選的ARP功能。I/O電壓為3.3V，不支持5V。建議在多設(shè)備應(yīng)用中使用SMB_CS信號(hào)進(jìn)行設(shè)備選擇。通過(guò)SMBus可以訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備的控制功能，減少信號(hào)數(shù)量，提高設(shè)計(jì)的靈活性。

通用I/O引腳（GPIO[2:0]）

SER有三個(gè)GPIO引腳，可以配置為直接訪(fǎng)問(wèn)某些寄存器值。這些引腳可以用于監(jiān)控內(nèi)部狀態(tài)、接收外部信號(hào)或控制外部功能。例如，可以將TXCLK檢測(cè)狀態(tài)位路由到外部引腳，為主機(jī)處理器生成中斷。GPIO引腳可以配置為三態(tài)模式，禁用緩沖器，并可以選擇上拉、下拉或無(wú)偏置輸入。

四、應(yīng)用信息

PCB設(shè)計(jì)建議

為滿(mǎn)足SMPTE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出回波損耗的嚴(yán)格要求，應(yīng)盡量減少SER（除LMH0050外）與輸出連接器之間的走線(xiàn)長(zhǎng)度，并確保走線(xiàn)的特性阻抗為75Ω。建議FPGA與SER之間的PCB走線(xiàn)不超過(guò)25cm，且作為差分對(duì)進(jìn)行布線(xiàn)，保證線(xiàn)長(zhǎng)匹配和耦合緊密。同時(shí)，要注意避免接地環(huán)路和電源、接地平面的不連續(xù)性。

典型應(yīng)用電路

SMPTE應(yīng)用電路

以L(fǎng)MH0340為例，典型應(yīng)用電路中，F(xiàn)PGA與SER之間的TX接口由5位LVDS數(shù)據(jù)總線(xiàn)和LVDS時(shí)鐘組成，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口，SER內(nèi)部有100Ω終端電阻。SMBus用于設(shè)備配置，需要上拉電阻。根據(jù)應(yīng)用需求，還可以使用其他GPIO信號(hào)。SER的輸出通過(guò)75Ω電阻連接到2.5V，驅(qū)動(dòng)75Ω同軸電纜。

LMH0050 CML應(yīng)用電路

LMH0050的典型應(yīng)用電路與上述類(lèi)似，但輸出為CML，內(nèi)部有50Ω上拉電阻，用于驅(qū)動(dòng)100Ω差分對(duì)或雙絞線(xiàn)電纜。

串行抖動(dòng)優(yōu)化

SER能夠?qū)崿F(xiàn)極低的抖動(dòng)操作，但依賴(lài)于主機(jī)提供的TXCLK質(zhì)量。SER內(nèi)部有電路可以過(guò)濾1MHz以上的TXCLK抖動(dòng)，但對(duì)于100kHz以下的抖動(dòng)，會(huì)直接傳遞到序列化輸出。為了獲得更好的抖動(dòng)性能，應(yīng)盡量減少TXCLK上的噪聲，可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)CLK信號(hào)的布線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。德州儀器的LMH1981同步分離器和LMH1982時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)品可以從視頻參考信號(hào)中生成低抖動(dòng)的視頻頻率時(shí)鐘。

五、寄存器描述

該系列器件有多個(gè)配置寄存器，用于控制設(shè)備的各種功能，如設(shè)備ID、復(fù)位、GPIO配置、DVB-ASI模式、電源管理等。詳細(xì)的寄存器信息可以參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的表格。

六、總結(jié)

德州儀器的LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器為數(shù)字視頻信號(hào)傳輸提供了高性能、高可靠性的解決方案。它們具有豐富的特性、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指南，能夠幫助電子工程師輕松實(shí)現(xiàn)各種高清視頻設(shè)備的設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)建議進(jìn)行PCB布局和電路設(shè)計(jì)，以確保設(shè)備的最佳性能。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處熢谑褂眠@些器件時(shí)提供有價(jià)值的參考。

以上就是關(guān)于德州儀器SDI串行器的詳細(xì)介紹，你在實(shí)際應(yīng)用中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。