德州儀器SDI串行器：LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340深度解析

在數字視頻信號處理領域，德州儀器（TI）的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器是備受關注的產品。它們為視頻設備提供了高效、穩定的信號處理解決方案，廣泛應用于各種視頻相關的應用場景。今天，我們就來深入了解一下這些產品的特點、性能以及應用注意事項。

文件下載：lmh0040.pdf

產品概述

LMH0340/0040/0070/0050 SDI串行器是TI的FPGA - Attach SER/DES產品家族的一部分，支持與FPGA的5位LVDS接口。這些串行器能夠將FPGA處理后的數據進行序列化，輸出符合DVB - ASI、SMPTE 259M - C、SMPTE 292M和SMPTE 424M標準的信號。不同型號在支持的標準和功能上略有差異，以滿足不同應用的需求。

產品特性亮點

接口與配置優勢

• LVDS接口：與主機FPGA采用LVDS接口連接，無需外部VCO或時鐘參考，簡化了設計。同時，集成的可變輸出電纜驅動器，能有效驅動傳輸線路。
• SMBus配置：具備3.3V SMBus配置接口，方便進行設備的配置和控制。通過SMBus可以訪問設備的內部配置寄存器，實現對設備的靈活設置。
• PLL時鐘處理：集成的TXCLK PLL能夠有效清理時鐘噪聲，提高信號的穩定性。

  性能與規格出色

• 標準兼容性：輸出符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M - C和DVB - ASI標準，確保了與各種視頻設備的兼容性。
• 低功耗與低抖動：典型功耗為440mW，在HD、3G模式下典型輸出抖動僅為30ps，保證了高質量的信號輸出。

  封裝與溫度適應性

• 小封裝設計：采用48引腳的WQFN封裝，體積小巧，適合在空間有限的應用中使用。
• 寬溫度范圍：工業溫度范圍為 - 40°C至85°C，能夠適應各種惡劣的工作環境。

引腳功能詳解

這些串行器的引腳涵蓋了LVDS輸入接口、串行輸出接口、SMBus接口、控制和配置引腳、模擬輸入以及電源和接地引腳等多個部分。下面我們重點介紹一些關鍵引腳的功能：

LVDS輸入接口

• TX[4:0]+/-：LVDS數據輸入引腳，采用5通道寬DDR接口，內部有100Ω終端電阻，確保信號的穩定傳輸。
• TXCLK+/-：LVDS時鐘輸入引腳，同樣具有內部100Ω終端電阻。

  串行輸出接口

• TXOUT+/-：CML串行數字接口輸出引腳，提供低偏斜的互補或差分信號。

  SMBus接口

• SDA、SCK、SMB_CS：分別為SMBus數據I/O引腳、時鐘輸入引腳和芯片選擇輸入引腳，用于設備的配置和通信。

  控制和配置引腳

• RESET：復位輸入引腳，高電平為正常模式，低電平使設備進入復位狀態。
• LOCK：PLL LOCK狀態輸出引腳，用于指示PLL的鎖定狀態。
• DVB_ASI：DVB - ASI選擇輸入引腳，用于選擇DVB - ASI模式或正常模式。

電氣特性與性能指標

絕對最大額定值與推薦條件

產品規定了絕對最大額定值，如電源電壓、輸入輸出電壓、結溫等，使用時必須確保不超過這些限制，以保證設備的安全。同時，也給出了推薦的工作條件，包括電源電壓、環境溫度、時鐘輸入頻率等，在這些條件下設備能夠達到最佳性能。

電氣參數

詳細的電氣參數表展示了不同型號在不同數據速率下的電源電流、功耗、控制引腳特性、LVDS輸入特性、LVDS開關特性、SMBus輸入和開關特性以及SDI和CML輸出特性等。例如，在不同數據速率下，2.5V和3.3V電源電流會有所變化，輸出電壓、上升時間、下降時間等也有相應的規定。

功能描述與操作要點

設備操作

串行器（SER）與FPGA主機配合使用，FPGA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FPGA正確格式化數據，SER的輸出將符合相應的標準。TI提供了源代碼格式的IP和評估平臺，幫助開發者進行應用開發。

電源供應

SER有2.5V和3.3V多個電源引腳，必須正確連接并進行旁路處理。旁路電容建議采用4.7μF和0.1μF的并聯電容，每個電源引腳還需配備0.1μF的電容。設備底部中心的大接觸點必須連接到系統GND，同時VDDPLL引腳需要連接22μF的電容到3.3V電源軌。為了獲得更好的性能，建議使用線性穩壓器為設備供電。

上電與復位

上電時，應先開啟3.3V電源，再開啟2.5V電源。設備具有上電復位序列，會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。設備有三種復位方式：上電自動復位、復位引腳復位和軟件復位。

LVDS輸入與數據處理

LVDS輸入符合ANSI/TIA/EIA - 644 – A標準，內部有100Ω電阻。建議FPGA與SER之間的PCB走線長度不超過25cm，且采用差分對布線。數據序列化時，TX0上的數據先輸出，也可以通過寄存器選擇反轉序列化順序。

特殊模式與輸出接口

• DVB - ASI模式：在該模式下，TX4±的輸入信號作為數據有效位，根據其狀態處理TX0 - TX3的數據，空閑字符可以通過寄存器進行重新編程。
• SDI輸出接口：串行輸出提供低偏斜的互補或差分信號，輸出緩沖器為電流模式設計。為了驅動75Ω傳輸線，需要在輸出引腳連接75Ω電阻到2.5V，該電阻還起到回波終止電阻的作用。
• CML輸出接口：LMH0050的輸出為CML，內部有50Ω上拉電阻，可驅動100Ω傳輸線，可連接到差分傳輸介質或外部電纜驅動器。

應用信息與設計建議

PCB設計

SMPTE串行規范對驅動器的輸出回波損耗有嚴格要求，因此在PCB設計時，要盡量減小SER與輸出連接器之間的走線長度，確保走線特性阻抗為75Ω。FPGA與SER之間的PCB走線建議不超過25cm，采用差分對布線，保證線長匹配。同時，要注意電源層和接地層的設計，避免接地環路和不連續性。

典型應用電路

• SMPTE應用電路：以LMH0340為例，其與FPGA的TX接口由5位LVDS數據總線和LVDS時鐘組成，SMBus用于配置設備。設備的輸出通過SMPTE兼容的電纜驅動器連接到外部。
• LMH0050 CML應用電路：LMH0050的應用電路與SMPTE應用電路類似，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的輸出抖動與主機提供的TXCLK質量有關。雖然SER內部有電路可以過濾1MHz以上的TXCLK抖動，但對于低于100kHz的抖動，會直接傳遞到輸出。因此，要通過合理的CLK信號布線和使用低抖動的時鐘源來優化輸出抖動。

寄存器配置與應用

設備的內部配置寄存器可以通過SMBus進行訪問和配置，這些寄存器控制著設備的各種功能和狀態。例如，通過寄存器可以進行設備的復位、GPIO引腳的配置、DVB - ASI模式的設置、電源管理等。不同的寄存器位具有不同的功能，開發者需要根據具體的應用需求進行合理配置。

總結

德州儀器的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器為數字視頻信號處理提供了全面、高效的解決方案。這些產品具有豐富的功能、出色的性能和廣泛的兼容性，適用于各種視頻設備。在設計應用時，電子工程師需要深入了解產品的特性、引腳功能、電氣參數和操作要點，合理進行PCB設計和寄存器配置，以充分發揮產品的優勢，實現高質量的視頻信號處理。你在使用這些產品的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。