深入解析LMH0074：SMPTE 259M/344M自适应电缆均衡器

在电子工程师的日常工作中，处理高速数据传输和信号完整性问题是一项常见且具有挑战性的任务。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LMH0074 SMPTE 259M / 344M自适应电缆均衡器，了解它的特性、应用以及如何在设计中正确使用它。

文件下载：LMH0074SQE NOPB.pdf

产品概述

LMH0074是一款专门设计用于均衡通过电缆（或任何具有类似色散损耗特性的介质）传输的数据的设备。它支持SMPTE 259M和SMPTE 344M标准，数据速率范围从125 Mbps到540 Mbps，并且能够在270 Mbps的数据速率下对长达400米的Belden 1694A电缆进行均衡。此外，它还支持270 Mbps的DVB - ASI标准。

特性亮点

标准兼容性

LMH0074符合SMPTE 259M和SMPTE 344M标准，这使得它能够广泛应用于各种专业视频传输系统中，确保信号的准确传输和兼容性。

宽数据速率范围

支持125 Mbps到540 Mbps的数据速率，为不同应用场景提供了灵活性。无论是较低速率的传输还是高速率的数据传输，LMH0074都能胜任。

长距离电缆均衡

在270 Mbps的数据速率下，能够对长达400米的Belden 1694A电缆进行均衡，有效解决了长距离传输中信号衰减和失真的问题。

灵活的输入输出配置

支持单端或差分输入，并且提供50Ω差分输出，方便与不同的系统进行接口连接。

低功耗设计

采用单3.3V电源供电，典型功耗仅为208mW，在保证性能的同时降低了功耗，适合各种低功耗应用场景。

宽温度范围

工业温度范围为 - 40°C到 + 85°C，能够在恶劣的环境条件下稳定工作。

引脚兼容

与LMH0044和GS9074A引脚兼容，方便进行升级和替换。

应用领域

串行数字接口

适用于SMPTE 259M和SMPTE 344M串行数字接口，可用于专业视频设备之间的信号传输，如摄像机、录像机、切换台等。

数据均衡和接收

对串行数字数据进行均衡和接收，提高信号的质量和可靠性，确保数据的准确传输。

数据恢复均衡

在数据传输过程中，对受损的信号进行恢复和均衡，减少误码率，提高系统的稳定性。

电气特性

绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于正确使用和保护设备至关重要。LMH0074的绝对最大额定值包括：

• 电源电压： - 0.5V到3.6V
• 输入电压： - 0.3V到Vcc + 0.3V
• 存储温度范围： - 65°C到 + 150°C
• 结温： + 150°C
• 引脚焊接温度（4秒）： + 260°C

推荐工作条件

为了确保设备的最佳性能，推荐的工作条件如下：

• 电源电压：3.3V ± 5%
• 输入耦合电容：1.0μF
• AEC电容（连接在AEC +和AEC - 之间）：1.0μF
• 工作环境温度： - 40°C到 + 85°C

DC电气特性

在DC电气特性方面，LMH0074具有以下关键参数：

• 输入共模电压（VCMIN）：Typ 1.9V
• 输入电压摆幅（VSDI）：720 - 950mVp - p
• 输出共模电压（VCMOUT）：Vcc - VsDo / 2
• 输出电压摆幅（VsDO）：750mVp - p
• MUTE参考DC电压（MUTEREF）：1.3V
• 载波检测输出电压（CD）：无载波时2.6V，有载波时0.4V
• MUTE输入电压：最小静音输出3.0V，最大强制输出激活0.8V
• 电源电流（lcc）：63 - 77mA

AC电气特性

AC电气特性方面，LMH0074的表现也十分出色：

• 最小输入数据速率（BRMIN）：125 Mbps
• 最大输入数据速率（BRMAX）：540 Mbps
• 不同电缆长度下的抖动：270 Mbps，Belden 1694A，400米时为0.2 UI
• 输出上升/下降时间（tr，tf）：100 - 220ps
• 上升/下降时间失配：2 - 15ps
• 输出过冲（tOS）：1 - 5%
• 输出电阻（ROUT）：单端50Ω
• 输入回波损耗（RLIN）：15 - 20dB
• 输入电阻（RIN）：单端1.3kΩ
• 输入电容（CIN）：单端1pF

引脚连接和功能说明

引脚连接图

LMH0074采用16引脚WQFN封装，其引脚连接图清晰地展示了各个引脚的功能和位置。通过正确的引脚连接，可以确保设备的正常工作。

引脚功能说明

• VEE：负电源（接地）
• SDI：串行数据输入
• AEC + / AEC -：自动均衡控制电容连接引脚
• BYPASS：旁路均衡和DC恢复功能
• MUTEREF：静音参考电压设置引脚
• SDO：串行数据输出
• MUTE：输出静音控制引脚
• CD：载波检测引脚
• VCC：正电源（+ 3.3V）

内部结构和工作原理

均衡器滤波器模块

这是一个多级自适应滤波器，当Bypass引脚为高电平时，该滤波器被禁用。它能够根据输入信号的特性自动调整增益和带宽，以实现对电缆传输信号的均衡。

DC恢复/电平控制模块

该模块接收来自均衡器滤波器模块的差分信号，并通过自偏置DC恢复电路对信号进行完全的DC恢复。同样，当Bypass引脚为高电平时，此功能被禁用。

自动均衡控制（AEC）模块

该模块利用DC恢复/电平控制模块前后的信号生成AEC信号，用于设置均衡器滤波器的增益和带宽。AEC模块的环路响应由连接在AEC +和AEC - 引脚之间的外部1μF电容控制。

载波检测/静音模块

该模块生成载波检测信号并控制输出的静音功能。它利用CD和MUTE信号以及Mute Reference（MUTEREF）来实现这些功能。

输出驱动器模块

负责产生SDO和SDO信号，为后续的系统提供稳定的输出信号。

MUTE参考和载波检测功能

MUTE参考（MUTEREF）

MUTEREF引脚用于设置载波检测（CD）的阈值，并在CD与MUTE引脚连接时，确定在自动静音输出之前能够均衡的电缆长度。通过施加与要均衡的电缆长度成反比的电压来设置该阈值。当施加的MUTEREF电压增加时，在载波检测失效和输出静音之前能够均衡的电缆长度将减少。如果需要在静音之前实现最大均衡，可以不连接MUTEREF引脚。

载波检测（CD）和MUTE

载波检测CD信号用于指示LMH0074输入是否存在有效信号。如果使用了MUTEREF引脚，载波检测阈值将相应地改变。当输入没有信号时，CD引脚提供高电压；当检测到有效输入信号时，CD引脚为低电平。MUTE引脚可以用于手动静音或启用SDO和SDO输出。当MUTE引脚输入高电平时，输出将被静音；输入低电平时，输出将被激活。

输入输出接口

输入接口

LMH0074支持单端或差分输入，但输入必须进行AC耦合，不支持变压器耦合。它能够正确处理标准定义串行数字视频的均衡器病理信号，确保信号的准确输入。

输出接口

SDO和SDO输出内部负载为50Ω，能够产生750mVp - p的差分输出或375mVp - p的单端输出，方便与后续的系统进行连接。

应用注意事项

PCB布局建议

在PCB布局时，建议参考TI网站上的应用笔记AN - 1372 “LMH0034 PCB Layout Techniques”。该笔记中的PCB布局技术同样适用于LMH0074，合理的布局可以减少信号干扰和噪声，提高设备的性能。

电源电流与电缆长度的关系

电源电流（Icc）取决于要均衡的电缆长度。短电缆时电流最高，随着电缆长度的增加，电流逐渐减小。在设计电源电路时，需要考虑这一特性，以确保电源的稳定性和可靠性。

总结

LMH0074 SMPTE 259M / 344M自适应电缆均衡器是一款功能强大、性能稳定的设备，适用于各种专业视频传输系统。它的宽数据速率范围、长距离电缆均衡能力、灵活的输入输出配置以及低功耗设计等特性，使其成为电子工程师在处理高速数据传输和信号完整性问题时的理想选择。在实际应用中，通过正确的引脚连接、合理的PCB布局和电源设计，可以充分发挥LMH0074的性能优势，为系统的稳定运行提供保障。

你在使用LMH0074的过程中遇到过哪些问题？或者你对它的应用有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。