探索LMH6586：32x16視頻交叉點開關的卓越性能與應用

在當今的視頻處理領域，高性能的視頻交叉點開關至關重要。TI的LMH6586作為一款32x16視頻交叉點開關，憑借其出色的特性和廣泛的應用場景，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：lmh6586.pdf

一、LMH6586的關鍵特性

1. 輸入輸出配置

LMH6586擁有32個輸入和16個輸出，能夠滿足多種復雜的視頻路由需求。其輸入采用交流耦合，并集成了直流恢復鉗位電路，可有效處理交流耦合的視頻信號。每個輸出都可單獨尋址，并且輸出緩沖增益可通過引腳選擇為1V/V或2V/V，為設計提供了極大的靈活性。

2. 出色的電氣性能

• 帶寬：-3dB帶寬達到66MHz，能夠處理高頻視頻信號，保證視頻的清晰傳輸。
• 增益和相位誤差：在(R{L}=150 Omega) 、(A{V}=2 V / V)的條件下，差分增益（DG）僅為0.05%，差分相位（DP）為0.05°，確保了視頻信號的高質量還原。
• 隔離度：在6MHz時，關斷隔離度達到-70dB，有效減少了通道間的干擾。

3. 豐富的檢測功能

• 視頻檢測：具有可編程閾值的視頻檢測功能，可配置為檢測視頻的存在或丟失。通過編程寄存器0x1D，可設置32個輸入通道的通用視頻閾值電壓。
• 同步檢測：同步檢測功能可通過引腳配置閾值，當輸入的負向同步脈沖未低于閾值水平時，可指示“同步丟失”。

4. 靈活的控制接口

采用100kHz的I2C接口，并且從設備地址可通過2位進行配置，最多可在一個公共I2C總線上連接四個具有唯一地址的LMH6586設備，方便實現矩陣擴展。

5. 低功耗設計

支持單個5V電源供電，具有輸入和輸出的單獨關斷模式以及設備掉電模式，可有效降低功耗。

二、應用場景

LMH6586主要應用于CCTV安全和監控系統的模擬視頻路由。在這些系統中，需要對多個視頻源進行靈活的切換和分配，LMH6586的非阻塞架構能夠滿足任意輸入與任意輸出的連接需求，確保視頻信號的穩定傳輸。

三、功能詳解

1. 輸出緩沖增益

輸出緩沖增益可通過GAIN_SEL輸入（引腳61）進行選擇。當該引腳置低時，輸出通道0 - 15的增益為1X；置高時，增益為2X。而輸出通道16具有固定的1X增益，用于驅動外部同步分離器。

2. 視頻檢測

視頻檢測可配置為檢測視頻信號是否高于或低于閾值水平。通過編程寄存器0x1D的三個LSB（位2:0），可在直流恢復輸入的同步尖端電平之上以95mV的步長設置閾值。為避免高頻圖像內容的誤觸發，檢測電路會對視頻信號進行低通濾波。

3. 同步檢測

同步檢測電路可檢測輸入的負向同步脈沖是否低于閾值水平。同步閾值電壓由VREF_SYNC輸入（引腳65）的偏置電壓定義，推薦電壓為350mV。

4. 檢測標志輸出

FLAG輸出（引腳75）可根據用戶定義的視頻和同步檢測狀態位的使能設置，在視頻檢測或同步檢測觸發時置高。通過編程寄存器0x10 - 0x13和0x14 - 0x17，可分別設置視頻和同步檢測的使能位。

5. 開關矩陣

LMH6586采用512個CMOS模擬開關構成32 x 16的交叉點開關，通過I2C總線接口進行編程配置，實現非阻塞的信號路由。

6. 直流恢復

每個輸入都有專用的直流恢復鉗位電路，允許使用0.1μF的耦合電容進行交流耦合輸入操作，確保視頻信號在放大器的工作范圍內。

7. 輸入輸出特性

• 輸入：32個輸入可接受標準NTSC或PAL復合視頻信號，通過0.1μF的耦合電容進行交流耦合。輸入緩沖器提供高輸入阻抗，可單獨關斷以降低功耗和串擾。
• 輸出：16個視頻輸出通過可編程的1X或2X增益輸出緩沖器進行緩沖，能夠驅動150Ω的負載。輸出可單獨關斷，并且在擴展矩陣陣列大小時，可將多個輸出連接在一起，但需注意避免短路。

四、設計考慮

1. 輸入擴展

LMH6586可用于創建更大的開關矩陣。通過將多個設備的輸入并聯、輸出進行線或連接，可實現如128 x 16的非阻塞矩陣。但在使用時，需確保只有一個輸出處于活動狀態，其他輸出應置于關斷模式。

2. 驅動容性負載

當多個輸出連接在一起時，輸出緩沖器會面臨容性負載。為防止交流響應下降，可減少輸出的線或連接數量，或在輸出與容性負載之間串聯電阻。同時，可通過設計具有電感的PCB走線或添加小值電感來改善高頻性能。

3. 熱管理

LMH6586在5V電源下工作，負載電流約為300mA，功耗約為1.75W。此外，每個連接到輸出的等效視頻負載（150Ω）需預算30mW的功耗。為確保安全運行，需根據最大功耗計算所需的熱阻(theta_{JA}) ，并選擇合適的散熱措施。

4. 外部電阻

REXT外部電阻（引腳67）用于建立內部偏置電流和精確的參考電壓，建議使用10kΩ 1%的精密電阻，以確保在寬溫度范圍內的正常運行。

5. I2C接口

通過I2C接口，微控制器可對LMH6586進行配置。I2C協議的起始條件為SDA在SCL為高電平時被拉低，隨后發送從設備地址和讀寫位。通過ADDR[1]和ADDR[0]引腳可配置7位從設備地址的最低兩位，最多可在一個公共I2C總線上連接四個具有唯一地址的設備。

五、寄存器配置

LMH6586的寄存器用于控制視頻和同步檢測、輸入輸出關斷、視頻輸入選擇等功能。以下是一些重要寄存器的介紹：

• 視頻和同步檢測狀態寄存器（0x00 - 0x07）：只讀寄存器，包含32個輸入通道的同步和視頻檢測狀態位。
• 視頻和同步檢測控制寄存器：包括視頻檢測反轉寄存器（0x0C - 0x0F）、視頻和同步檢測使能寄存器（0x10 - 0x17）以及視頻檢測閾值控制寄存器（0x1D）。
• 輸入和輸出關斷寄存器（0x18 - 0x1B和0x1E - 0x1F）：用于控制輸入和輸出通道的關斷狀態。
• 視頻輸入選擇寄存器（0x20 - 0x30）：用于控制交叉點開關的路由，每個輸出都有一個專用的輸入選擇寄存器。

六、總結

LMH6586作為一款高性能的32x16視頻交叉點開關，具有豐富的功能和出色的電氣性能。在設計過程中，工程師需要充分考慮其輸入輸出特性、檢測功能、開關矩陣配置以及熱管理等方面，以確保系統的穩定運行。同時，通過合理利用其寄存器配置，可實現靈活的視頻路由和檢測功能。希望本文能為電子工程師在使用LMH6586進行設計時提供一些有用的參考。大家在實際應用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。