LMH0376：3Gbps HD/SD SDI低功耗重定時器深度解析

在當今高速發展的電子領域，對于高清視頻傳輸和處理的需求與日俱增。德州儀器（TI）的LMH0376 3Gbps HD/SD SDI低功耗重定時器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了廣播視頻路由器、切換器和分配放大器等應用中的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

文件下載：lmh0376.pdf

芯片概述

LMH0376是一款符合SMPTE ST 424、SMPTE ST 292和SMPTE ST 259 - C標準的多速率重定時器，支持125 Mbps、270 Mbps、1.4835 Gbps、1.485 Gbps、2.967 Gbps和2.97 Gbps的串行數據速率操作。它不僅能恢復串行時鐘并對串行數據流進行重定時以抑制累積抖動，還集成了眼圖監測器和4:1輸入多路復用器，為視頻信號處理提供了強大的支持。

芯片特性

數據速率與標準兼容性

支持多種串行數據速率，涵蓋了從SD到HD再到3G的廣泛范圍，同時兼容SMPTE相關標準，確保了在不同視頻系統中的通用性。此外，它還支持270 Mbps的DVB - ASI和125 Mbps的MADI。

低功耗設計

典型功耗僅為100 mW，即使兩個輸出驅動器都啟用，功耗也只有145 mW。這種低功耗特性使得LMH0376在長時間運行的設備中能夠有效降低能耗，減少散熱問題。

集成功能

• 4:1輸入多路復用器：集成了4:1輸入多路復用器，每個通道都有0 - 60” FR4均衡器和獨立的信號檢測功能。這使得用戶可以方便地選擇不同的輸入數據進行處理，同時均衡器能夠補償長距離傳輸帶來的信號損耗。
• 眼圖監測器：提供64 x 64點的眼圖監測器，可用于分析輸入信號的眼圖質量。這對于評估信號的完整性和調整系統參數非常有幫助。

輸出特性

• 雙差分輸出：具有兩個差分重定時輸出，還可選擇輸出恢復的時鐘信號。
• 去加重功能：輸出去加重功能可補償長達40”的FR4走線損耗，確保信號在傳輸過程中的質量。

其他特性

• 工作模式靈活：支持27 MHz外部參考或無參考操作模式。
• 內部終端：內部終端100Ω輸入和LVDS輸出，輸入具有軌到軌輸入共模電壓，輸出的共模電壓和擺幅可編程。
• 電源管理：采用單2.5V電源供電，具備電源節省模式和設備電源關斷控制功能。
• 封裝與兼容性：采用48 - Pin WQFN封裝（7 x 7 mm），工業溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，并且在引腳模式下與LMH0356引腳兼容。

工作模式

LMH0376有引腳模式（SPI_EN = 0）和SPI模式（SPI_EN = 1）兩種工作模式。

引腳模式

在引腳模式下，芯片的功能由控制引腳控制，并且與LMH0356重定時器引腳兼容。這種模式適合對現有設計進行升級或與已有的硬件進行集成。

SPI模式

SPI模式允許通過SPI寄存器訪問來控制芯片的所有功能，提供了更多的控制選項，例如：

• 眼圖開口監測器的配置和數據讀取。
• 輸出驅動器的幅度、共模電壓和去加重控制。
• 每個輸入通道的信號檢測。
• 對輸出驅動器發送的信號進行更精細的控制。
• 鎖定數據速率的詳細信息，能夠區分1.4835和1.485 Gbps，以及2.967和2.97 Gbps（在外部參考模式下）。
• 可以將設備引腳配置為GPIO，用于顯示輸入信號檢測狀態或鎖定數據速率等。
• 可以關閉未使用的功能以節省功耗。

關鍵功能模塊

串行數據輸入

芯片提供四個差分數據輸入（SDI0、SDI1、SDI2和SDI3），每個輸入都有100Ω差分內部終端和獨立的信號檢測電路。信號檢測閾值可通過SPI寄存器進行調整，并且每個輸入通道的信號檢測狀態可以通過GPIO引腳顯示。此外，輸入還支持0 - 60” FR4均衡，可通過SPI對均衡器進行優化。

輸入選擇

集成了4:1輸入多路復用器，允許連接多達四個獨立的串行數據流。可以通過SEL0和SEL1引腳或SPI寄存器選擇活動輸入通道。在SPI模式下，還可以獨立控制輸入選擇，包括選擇進入眼圖監測器和SDO1輸出旁路數據的輸入。

串行數據輸出

提供兩個內部終端100Ω LVDS輸出（SDO0和SDO1），輸出信號可以是重定時數據、恢復的時鐘或旁路數據。輸出驅動器的擺幅、偏移電壓、去加重水平和極性都可以通過SPI寄存器進行調整，并且可以獨立關閉輸出驅動器。

鎖定檢測與輸出靜音

• 鎖定檢測：通過LOCK_DETECT引腳或讀取寄存器可以監測重定時器是否鎖定到輸入數據流。在旁路模式下，鎖定檢測不會觸發。
• 輸出靜音：可以將SDO0和SDO1輸出置于靜音狀態，在引腳模式下由MUTE引腳控制，在SPI模式下由寄存器控制。

數據速率選擇

可以通過RATE0和RATE1引腳或SPI寄存器選擇數據速率，支持自動速率檢測或手動選擇特定速率。在SPI模式下，可以通過寄存器覆蓋引腳的選擇。

外部時鐘參考或無參考模式

可以使用外部27 MHz晶體或時鐘信號作為定時參考輸入，也可以在無參考模式下工作。提供外部參考可以幫助芯片區分不同的數據速率。

眼圖監測器

集成了眼圖監測器，可用于分析輸入信號的眼圖質量。有正常和快速兩種工作模式，并且可以快速檢測和報告水平和垂直眼圖開口。在使用眼圖監測器時，需要確保芯片鎖定到輸入數據速率，并且可以獨立選擇輸入信號和配置監測模式。

SPI寄存器訪問

在SPI模式下，LMH0376提供了超過50個可訪問的寄存器，用于控制芯片的各種功能。每個SPI事務為16位長，支持讀寫操作。芯片還支持SPI菊花鏈操作，允許連接多個LMH0376設備。在進行SPI操作時，需要注意保留寄存器值不要被更改，并且在芯片上電后等待500 ms以確保上電復位完成。

應用建議

電源供應

建議使用線性穩壓器為LMH0376供電，以減少開關電源帶來的噪聲。如果使用開關穩壓器，需要進行充分的電源濾波。同時，要在每個電源引腳附近放置高頻陶瓷旁路電容和大容量電容，以提高電源的穩定性。

環路濾波器

使用56 nF電容作為環路濾波器，連接在LF1和LF2引腳之間。在布局時，要盡量縮短環路濾波器的走線，避免使用過孔，并且增加濾波器與其他信號的隔離。

輸入接口

輸入信號的質量對芯片的性能至關重要，要避免輸入信號出現過沖、下沖、振鈴或信號反射等問題。在短走線驅動輸入信號時，可以使用小值電阻和并聯電容來改善信號質量。

與3.3V SPI接口

當將LMH0376的SPI引腳與3.3V的SPI主機接口時，需要使用電壓分壓器或電平轉換器，以確保信號的兼容性。

總結

LMH0376以其豐富的功能、低功耗設計和靈活的工作模式，為高清視頻傳輸和處理提供了一個強大而可靠的解決方案。無論是在廣播視頻設備還是其他需要高速串行數據處理的應用中，LMH0376都能夠發揮出出色的性能。作為電子工程師，我們在設計時需要充分考慮芯片的各種特性和應用建議，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。