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

在數(shù)字視頻信號(hào)處理領(lǐng)域，德州儀器（TI）的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器是備受關(guān)注的產(chǎn)品。它們?yōu)橐曨l設(shè)備提供了高效、穩(wěn)定的信號(hào)處理解決方案，廣泛應(yīng)用于各種視頻相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景。今天，我們就來(lái)深入了解一下這些產(chǎn)品的特點(diǎn)、性能以及應(yīng)用注意事項(xiàng)。

文件下載：lmh0040.pdf

產(chǎn)品概述

LMH0340/0040/0070/0050 SDI串行器是TI的FPGA - Attach SER/DES產(chǎn)品家族的一部分，支持與FPGA的5位LVDS接口。這些串行器能夠?qū)PGA處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化，輸出符合DVB - ASI、SMPTE 259M - C、SMPTE 292M和SMPTE 424M標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。不同型號(hào)在支持的標(biāo)準(zhǔn)和功能上略有差異，以滿足不同應(yīng)用的需求。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

接口與配置優(yōu)勢(shì)

• LVDS接口：與主機(jī)FPGA采用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)。同時(shí)，集成的可變輸出電纜驅(qū)動(dòng)器，能有效驅(qū)動(dòng)傳輸線路。
• SMBus配置：具備3.3V SMBus配置接口，方便進(jìn)行設(shè)備的配置和控制。通過(guò)SMBus可以訪問(wèn)設(shè)備的內(nèi)部配置寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的靈活設(shè)置。
• PLL時(shí)鐘處理：集成的TXCLK PLL能夠有效清理時(shí)鐘噪聲，提高信號(hào)的穩(wěn)定性。

  性能與規(guī)格出色

• 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)，確保了與各種視頻設(shè)備的兼容性。
• 低功耗與低抖動(dòng)：典型功耗為440mW，在HD、3G模式下典型輸出抖動(dòng)僅為30ps，保證了高質(zhì)量的信號(hào)輸出。

  封裝與溫度適應(yīng)性

• 小封裝設(shè)計(jì)：采用48引腳的WQFN封裝，體積小巧，適合在空間有限的應(yīng)用中使用。
• 寬溫度范圍：工業(yè)溫度范圍為 - 40°C至85°C，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)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(gè)部分。下面我們重點(diǎn)介紹一些關(guān)鍵引腳的功能：

LVDS輸入接口

• TX[4:0]+/-：LVDS數(shù)據(jù)輸入引腳，采用5通道寬DDR接口，內(nèi)部有100Ω終端電阻，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。
• TXCLK+/-：LVDS時(shí)鐘輸入引腳，同樣具有內(nèi)部100Ω終端電阻。

  串行輸出接口

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

  SMBus接口

• SDA、SCK、SMB_CS：分別為SMBus數(shù)據(jù)I/O引腳、時(shí)鐘輸入引腳和芯片選擇輸入引腳，用于設(shè)備的配置和通信。

  控制和配置引腳

• RESET：復(fù)位輸入引腳，高電平為正常模式，低電平使設(shè)備進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
• LOCK：PLL LOCK狀態(tài)輸出引腳，用于指示PLL的鎖定狀態(tài)。
• 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(biāo)

絕對(duì)最大額定值與推薦條件

產(chǎn)品規(guī)定了絕對(duì)最大額定值，如電源電壓、輸入輸出電壓、結(jié)溫等，使用時(shí)必須確保不超過(guò)這些限制，以保證設(shè)備的安全。同時(shí)，也給出了推薦的工作條件，包括電源電壓、環(huán)境溫度、時(shí)鐘輸入頻率等，在這些條件下設(shè)備能夠達(dá)到最佳性能。

電氣參數(shù)

詳細(xì)的電氣參數(shù)表展示了不同型號(hào)在不同數(shù)據(jù)速率下的電源電流、功耗、控制引腳特性、LVDS輸入特性、LVDS開關(guān)特性、SMBus輸入和開關(guān)特性以及SDI和CML輸出特性等。例如，在不同數(shù)據(jù)速率下，2.5V和3.3V電源電流會(huì)有所變化，輸出電壓、上升時(shí)間、下降時(shí)間等也有相應(yīng)的規(guī)定。

功能描述與操作要點(diǎn)

設(shè)備操作

串行器（SER）與FPGA主機(jī)配合使用，F(xiàn)PGA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FPGA正確格式化數(shù)據(jù)，SER的輸出將符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。TI提供了源代碼格式的IP和評(píng)估平臺(tái)，幫助開發(fā)者進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。

電源供應(yīng)

SER有2.5V和3.3V多個(gè)電源引腳，必須正確連接并進(jìn)行旁路處理。旁路電容建議采用4.7μF和0.1μF的并聯(lián)電容，每個(gè)電源引腳還需配備0.1μF的電容。設(shè)備底部中心的大接觸點(diǎn)必須連接到系統(tǒng)GND，同時(shí)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(wěn)壓器為設(shè)備供電。

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，會(huì)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。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)位和軟件復(fù)位。

LVDS輸入與數(shù)據(jù)處理

LVDS輸入符合ANSI/TIA/EIA - 644 – A標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部有100Ω電阻。建議FPGA與SER之間的PCB走線長(zhǎng)度不超過(guò)25cm，且采用差分對(duì)布線。數(shù)據(jù)序列化時(shí)，TX0上的數(shù)據(jù)先輸出，也可以通過(guò)寄存器選擇反轉(zhuǎn)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(hào)作為數(shù)據(jù)有效位，根據(jù)其狀態(tài)處理TX0 - TX3的數(shù)據(jù)，空閑字符可以通過(guò)寄存器進(jìn)行重新編程。
• SDI輸出接口：串行輸出提供低偏斜的互補(bǔ)或差分信號(hào)，輸出緩沖器為電流模式設(shè)計(jì)。為了驅(qū)動(dòng)75Ω?jìng)鬏斁€，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(nèi)部有50Ω上拉電阻，可驅(qū)動(dòng)100Ω?jìng)鬏斁€，可連接到差分傳輸介質(zhì)或外部電纜驅(qū)動(dòng)器。

應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)建議

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，因此在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量減小SER與輸出連接器之間的走線長(zhǎng)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(guò)25cm，采用差分對(duì)布線，保證線長(zhǎng)匹配。同時(shí)，要注意電源層和接地層的設(shè)計(jì)，避免接地環(huán)路和不連續(xù)性。

典型應(yīng)用電路

• SMPTE應(yīng)用電路：以LMH0340為例，其與FPGA的TX接口由5位LVDS數(shù)據(jù)總線和LVDS時(shí)鐘組成，SMBus用于配置設(shè)備。設(shè)備的輸出通過(guò)SMPTE兼容的電纜驅(qū)動(dòng)器連接到外部。
• LMH0050 CML應(yīng)用電路：LMH0050的應(yīng)用電路與SMPTE應(yīng)用電路類似，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)或雙絞線電纜。

  串行抖動(dòng)優(yōu)化

  SER的輸出抖動(dòng)與主機(jī)提供的TXCLK質(zhì)量有關(guān)。雖然SER內(nèi)部有電路可以過(guò)濾1MHz以上的TXCLK抖動(dòng)，但對(duì)于低于100kHz的抖動(dòng)，會(huì)直接傳遞到輸出。因此，要通過(guò)合理的CLK信號(hào)布線和使用低抖動(dòng)的時(shí)鐘源來(lái)優(yōu)化輸出抖動(dòng)。

寄存器配置與應(yīng)用

設(shè)備的內(nèi)部配置寄存器可以通過(guò)SMBus進(jìn)行訪問(wèn)和配置，這些寄存器控制著設(shè)備的各種功能和狀態(tài)。例如，通過(guò)寄存器可以進(jìn)行設(shè)備的復(fù)位、GPIO引腳的配置、DVB - ASI模式的設(shè)置、電源管理等。不同的寄存器位具有不同的功能，開發(fā)者需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理配置。

總結(jié)

德州儀器的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器為數(shù)字視頻信號(hào)處理提供了全面、高效的解決方案。這些產(chǎn)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(shè)備。在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，電子工程師需要深入了解產(chǎn)品的特性、引腳功能、電氣參數(shù)和操作要點(diǎn)，合理進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)和寄存器配置，以充分發(fā)揮產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的視頻信號(hào)處理。你在使用這些產(chǎn)品的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。