德州儀器SDI串行器LMH0340/0040/0070/0050：高清視頻傳輸的理想選擇

在當今的數字視頻領域，對于高質量、高速率信號傳輸的需求日益增長。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，成為了眾多視頻設備制造商的首選。本文將詳細介紹這些器件的特點、應用以及設計要點，幫助電子工程師更好地理解和應用它們。

文件下載：lmh0050.pdf

一、產品概述

LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器是TI FPGA-Attach SER/DES產品家族的一部分，支持與FPGA的5位LVDS接口。這些器件旨在與FPGA主機協同工作，將預處理后的數據進行序列化，并輸出符合DVB-ASI、SMPTE 259M-C、SMPTE 292M和SMPTE 424M標準的信號。

特性亮點

1. LVDS接口：與主機FPGA通過LVDS接口連接，無需外部VCO或時鐘參考，簡化了設計。
2. 集成可變輸出電纜驅動器：提供強大的驅動能力，確保信號在長距離傳輸時的穩定性。
3. 3.3V SMBus配置接口：方便進行設備配置和參數調整。
4. 集成TXCLK PLL：有效清除時鐘噪聲，提高信號質量。
5. 小型48引腳WQFN封裝：節省電路板空間，適用于緊湊型設計。
6. 工業溫度范圍：-40°C至85°C，滿足各種惡劣環境的應用需求。

應用領域

這些串行器廣泛應用于各種視頻設備，如視頻攝像機、DVR、視頻切換器和視頻編輯系統等，為高清視頻信號的傳輸提供了可靠的解決方案。

二、關鍵規格

輸出標準兼容性

功耗與抖動

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

三、功能描述

設備操作

SER（串行器）用于數字視頻信號源設備，與FPGA主機協同工作。FPGA主機對數據進行預處理后，通過5位寬的數據路徑將數據提供給SER。只要主機正確格式化數據，SER的輸出將符合所選的輸出模式標準。TI提供源代碼格式的IP以及評估平臺，幫助開發者進行目標應用的開發。

電源供應

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

上電與復位

上電時，應先接通3.3V電源，再接通2.5V電源。設備具有上電復位序列，將所有寄存器內容重置為默認值，并使PLL進入鏈路獲取模式，嘗試鎖定TXCLK輸入。設備有三種復位方式：上電自動復位、復位引腳復位和軟復位（通過寫入復位寄存器實現）。

LVDS輸入

SER的LVDS輸入符合ANSI/TIA/EIA-644–A標準，內部有100Ω電阻，允許與LVDS驅動器形成電流回路接口。建議FPGA與SER之間的PCB走線長度不超過25cm，以減少信號衰減和通道偏移。可以通過寄存器設置調整LVDS輸入的延遲和順序。

環路濾波器與PLL濾波器

SER內部的PLL用于從并行時鐘輸入生成序列化時鐘，其環路濾波器為外部元件。建議在引腳26和27之間連接一個串聯的電容和電阻，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±輸入信號被視為數據有效位。當該信號為高電平時，TX0 - TX3的4位半字節組成一個8位字，經過內部8b10b編碼器轉換為10位代碼后進行序列化輸出；當TX4±為低電平時，忽略TX0 - TX3輸入，插入10位空閑字符。空閑字符可以通過寄存器0x11'h和0x12'h進行重新編程。

輸出接口

SDI輸出

除LMH0050外，其他型號的串行輸出提供低偏移的互補或差分信號。輸出緩沖器為電流模式設計，高阻抗輸出。為驅動75Ω傳輸線，需在每個輸出引腳與2.5V之間連接一個75Ω電阻，該電阻既將電流輸出轉換為電壓，又作為傳輸線的終端電阻。輸出驅動器會根據輸入數據速率自動調整擺率，以符合SMPTE標準。

CML輸出

LMH0050的輸出為CML，內部包含50Ω上拉電阻，適用于驅動100Ω傳輸線。可以連接到差分傳輸介質（如雙絞線電纜）或外部電纜驅動器。

電源管理

通過向寄存器0x26'h寫入‘0x40h’和向寄存器0x01'h寫入‘0x10'h，可以使設備進入低功耗模式，預計可降低約30%的功耗。此外，如果TXCLK輸入沒有時鐘信號，部分電路會自動斷電，進一步節省功耗。

SMBus接口

配置總線符合SMBus 2.0規范，但不支持可選的ARP功能。I/O電壓為3.3V，不支持5V。建議在多設備應用中使用SMB_CS信號進行設備選擇。通過SMBus可以訪問設備的控制功能，減少信號數量，提高設計的靈活性。

通用I/O引腳（GPIO[2:0]）

SER有三個GPIO引腳，可以配置為直接訪問某些寄存器值。這些引腳可以用于監控內部狀態、接收外部信號或控制外部功能。例如，可以將TXCLK檢測狀態位路由到外部引腳，為主機處理器生成中斷。GPIO引腳可以配置為三態模式，禁用緩沖器，并可以選擇上拉、下拉或無偏置輸入。

四、應用信息

PCB設計建議

為滿足SMPTE標準對驅動器輸出回波損耗的嚴格要求，應盡量減少SER（除LMH0050外）與輸出連接器之間的走線長度，并確保走線的特性阻抗為75Ω。建議FPGA與SER之間的PCB走線不超過25cm，且作為差分對進行布線，保證線長匹配和耦合緊密。同時，要注意避免接地環路和電源、接地平面的不連續性。

典型應用電路

SMPTE應用電路

以LMH0340為例，典型應用電路中，FPGA與SER之間的TX接口由5位LVDS數據總線和LVDS時鐘組成，采用點對點接口，SER內部有100Ω終端電阻。SMBus用于設備配置，需要上拉電阻。根據應用需求，還可以使用其他GPIO信號。SER的輸出通過75Ω電阻連接到2.5V，驅動75Ω同軸電纜。

LMH0050 CML應用電路

LMH0050的典型應用電路與上述類似，但輸出為CML，內部有50Ω上拉電阻，用于驅動100Ω差分對或雙絞線電纜。

串行抖動優化

SER能夠實現極低的抖動操作，但依賴于主機提供的TXCLK質量。SER內部有電路可以過濾1MHz以上的TXCLK抖動，但對于100kHz以下的抖動，會直接傳遞到序列化輸出。為了獲得更好的抖動性能，應盡量減少TXCLK上的噪聲，可以通過精心設計CLK信號的布線來實現。德州儀器的LMH1981同步分離器和LMH1982時鐘發生器產品可以從視頻參考信號中生成低抖動的視頻頻率時鐘。

五、寄存器描述

該系列器件有多個配置寄存器，用于控制設備的各種功能，如設備ID、復位、GPIO配置、DVB-ASI模式、電源管理等。詳細的寄存器信息可以參考數據手冊中的表格。

六、總結

德州儀器的LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器為數字視頻信號傳輸提供了高性能、高可靠性的解決方案。它們具有豐富的特性、廣泛的應用領域和詳細的設計指南，能夠幫助電子工程師輕松實現各種高清視頻設備的設計。在實際應用中，工程師需要根據具體需求選擇合適的型號，并嚴格按照設計建議進行PCB布局和電路設計，以確保設備的最佳性能。希望本文能夠為電子工程師在使用這些器件時提供有價值的參考。

以上就是關于德州儀器SDI串行器的詳細介紹，你在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區留言分享。