德州仪器SDI解串器：功能特性、应用与设计要点

在当今的视频处理领域，SDI（Serial Digital Interface）解串器扮演着至关重要的角色。德州仪器（TI）的LMH0341、LMH0041、LMH0071和LMH0051系列SDI解串器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了众多工程师的首选。本文将深入介绍这些解串器的特性、应用场景以及设计过程中需要注意的要点。

文件下载：lmh0041.pdf

一、产品概述

TI的LMH0341、LMH0041、LMH0071和LMH0051系列SDI解串器，属于FPGA - Attach SER/DES产品家族，支持与FPGA的5位LVDS接口。这些解串器能够自动检测输入数据速率，并对符合DVB - ASI、SMPTE 259M、SMPTE 292M或SMPTE 424M标准的原始5位数据字进行解码。

二、产品特性

2.1 接口与时钟特性

• 5位LVDS接口：无需外部VCO或时钟，简化了设计。
• 重时钟串行直通：带有电缆驱动器，确保信号的稳定传输。

2.2 电源与配置特性

• 掉电模式：可有效降低功耗。
• 3.3V SMBus配置接口：方便用户进行配置。

2.3 封装与温度特性

• 小型48引脚WQFN封装：节省电路板空间。
• 工业温度范围：-40°C至+85°C，适用于各种恶劣环境。

三、应用场景

这些解串器广泛应用于各种SDI接口设备，如视频摄像机、DVR、视频切换器和视频编辑系统等。在这些应用中，解串器能够将串行SDI信号转换为并行数据，以便后续的处理和存储。

四、关键规格参数

4.1 输出标准

输出符合SMPTE 259M - C、SMPTE 292M、SMPTE 424M和DVB - ASI标准。

4.2 功耗

典型功耗为590mW（直通禁用，3G数据速率）。

4.3 输入抖动容限

最小输入抖动容限为0.6UI。

五、功能描述与设计要点

5.1 设备操作

解串器与FPGA配合使用，对输入的SDI信号进行解码。TI提供了源代码格式的IP，帮助用户进行数据解码和目标应用开发。

5.2 电源供应

• 电源引脚连接：解串器有2.5V和3.3V的电源引脚，必须正确连接并进行旁路处理。旁路电容建议使用4.7μF和0.1μF的并联电容，每个电源引脚还需连接一个0.1μF的电容。
• VDDPLL引脚：需要连接一个22μF的电容到3.3V电源轨。
• 接地连接：封装底部中心的大接触点必须连接到系统地，作为主要的接地连接。

5.3 上电与复位

• 上电顺序：3.3V电源应先于2.5V电源上电。
• 复位方式：有上电自动复位、复位引脚复位和软件复位三种方式。

5.4 LVDS输出

• 接口要求：LVDS输出兼容ANSI/TIA/EIA - 644标准，期望驱动一个100Ω的传输线，并在FPGA输入处进行适当的终端匹配。
• PCB布线：建议FPGA与解串器之间的PCB走线长度不超过25cm，以减少信号衰减和通道偏斜。

5.5 DVB - ASI模式

当DVB - ASI引脚置高时，启用DVB - ASI模式。内部的成帧器和8b10b解码器开始工作，RX0 - RX3表示解码后的8b10b数据的半字节，RX4用于空闲字符检测。

5.6 SDI输入与输出接口

• 输入接口：通过RX_MUX_SEL引脚选择两个输入之一，并进行时钟恢复。大多数SDI接口需要一个均衡器，如LMH0044或LMH0344。
• 输出接口：串行直通输出提供低偏斜的互补或差分信号。为了驱动75Ω的传输线，需要在每个输出引脚到VDD2V5之间连接一个75Ω的电阻。

5.7 抖动管理

• 抖动容限：解串器的抖动容限决定了其能否无错误地接收信号。
• 抖动传递特性：抖动传递函数和抖动峰值是评估解串器抖动性能的重要参数。

5.8 SMBus接口

配置总线符合SMBus 2.0规范，支持多设备应用。通过SMBus可以访问解串器的内部配置寄存器。

5.9 通用I/O引脚（GPIO）

解串器有三个GPIO引脚，可以配置为直接访问某些寄存器值，用于监测内部状态、接收外部信号或控制外部功能。

六、PCB布局与设计建议

6.1 PCB布局

• 位置安排：如果使用直通输出，建议将解串器靠近直通输出BNC连接器，将均衡器靠近SDI输入BNC连接器。
• 布线要求：FPGA与解串器之间的PCB走线应不超过25cm，并作为差分对进行布线，确保线长匹配和耦合紧密。

6.2 PCB设计注意事项

• 电源层：尽可能为每个电源分配一个完整的层，以减少电源平面的电感。
• 元件选择：优先使用表面贴装元件。
• 旁路电容：旁路电容应靠近每个电源引脚。
• 接地设计：避免接地环路和接地平面的不连续性。

七、典型应用电路

7.1 SMPTE应用电路

典型的SMPTE应用电路中，解串器与FPGA通过5位LVDS数据总线和LVDS时钟连接，同时通过SMBus进行配置。此外，还可以使用其他GPIO信号进行控制和监测。

7.2 CML应用电路

LMH0051的典型CML应用电路也有其独特的设计，能够满足特定的应用需求。

八、寄存器描述

这些解串器的内部配置寄存器涵盖了设备识别、复位、GPIO配置、DVB - ASI模式设置、LVDS输出控制、错误监测和数据速率信息等多个方面。通过对这些寄存器的配置，可以实现解串器的各种功能。

九、总结

TI的LMH0341、LMH0041、LMH0071和LMH0051系列SDI解串器，以其高性能、多功能和灵活的配置选项，为视频处理领域的工程师提供了强大的工具。在设计过程中，工程师需要充分考虑电源供应、PCB布局、接口匹配和抖动管理等方面的因素，以确保解串器能够发挥最佳性能。希望本文能够为广大电子工程师在使用这些解串器时提供有益的参考。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。