探索TI LMH系列SDI串行器：特性、应用与设计要点

在数字视频信号处理领域，串行器和电缆驱动器扮演着至关重要的角色。德州仪器（TI）的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340系列SDI串行器，凭借其出色的性能和丰富的特性，成为了众多视频应用的理想选择。今天，我们就来深入探讨这些器件的特点、应用场景以及设计过程中的关键要点。

文件下载：lmh0070.pdf

器件特性一览

接口与时钟优势

该系列器件采用LVDS接口与主机FPGA相连，无需外部VCO或时钟参考，大大简化了设计。同时，集成的可变输出电缆驱动器能够提供稳定的信号传输，满足不同应用的需求。而且，集成的TXCLK PLL可以有效清理时钟噪声，确保输出信号的稳定性。

配置与封装特点

具备3.3V SMBus配置接口，方便用户进行灵活的配置。采用小型48引脚WQFN封装，节省了电路板空间，并且支持工业温度范围（-40°C至85°C），适用于各种恶劣环境。

应用广泛

这些器件可广泛应用于视频摄像机、DVR、视频切换器和视频编辑系统等SDI接口设备中，为数字视频信号的处理和传输提供了可靠的解决方案。

关键规格解读

标准兼容性

输出符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M - C和DVB - ASI标准，不同型号在标准支持上略有差异，具体可参考特性表。

功耗与抖动

典型功耗为440mW，在HD和3G模式下，典型输出抖动仅为30ps，保证了高质量的视频信号传输。

功能详细剖析

设备操作

SER（串行器）用于数字视频信号源设备，需与FPGA主机配合使用。FPGA主机对数据进行预处理后，通过5位宽的数据路径将数据提供给SER。只要数据格式正确，设备输出将符合相应标准。TI提供源代码格式的IP和评估平台，助力开发者进行目标应用的开发。

电源供应

SER有2.5V和3.3V多个电源引脚，所有引脚都必须正确连接并进行旁路处理。建议使用线性稳压器供电，以获得更干净、低噪声的输出。同时，要注意电源平面和接地层的设计，以提供有效的RF旁路。

上电与复位

上电时，应先开启3.3V电源，再开启2.5V电源。设备具有上电复位序列，可将寄存器内容重置为默认值，并使PLL进入链路获取模式。复位方式有三种：上电自动复位、复位引脚复位和软件复位。

LVDS输入

LVDS输入符合ANSI/TIA/EIA - 644 - A标准，内部有100Ω电阻，可形成电流回路接口。建议FPGA与发射器之间的PCB走线长度不超过25cm，并采用差分对布线，以减少信号衰减和通道偏移。

数据顺序与模式选择

数据序列化时，TX0的数据先输出，TX4的数据最后输出。若要反转序列化顺序，可通过寄存器0x2E'h进行选择。此外，SER还有DVB - ASI特殊模式，可对输入信号进行特殊处理。

环路滤波器与PLL

SER内部PLL用于从并行时钟输入生成序列化时钟，其环路滤波器为外部元件，推荐电容值为0.1μF，电阻值为500Ω。PLL的外部滤波电容推荐值为22μF，连接到3.3V电源轨。

输出接口

SDI输出提供低偏移的互补或差分信号，输出缓冲器为电流模式设计。为驱动75Ω传输线，需在输出引脚与2.5V之间连接75Ω电阻。而LMH0050的CML输出则适用于100Ω传输线，内部有50Ω上拉电阻。

设计注意事项

PCB设计

SMPTE串行规范对驱动器的输出回波损耗有严格要求，因此要尽量减少SER与输出连接器之间的走线长度，并确保走线特性阻抗为75Ω。同时，FPGA与SER之间的PCB走线应不超过25cm，且采用差分对布线。

电源管理

电源引脚的连接和旁路处理至关重要，要保证电源的稳定性和低噪声。避免创建接地环路，确保接地平面的连续性。

时钟优化

SER的输出抖动依赖于主机提供的TXCLK质量。为获得更低的抖动，应尽量减少TXCLK上的噪声，可通过精心布线和使用TI的时钟生成产品来实现。

应用电路示例

典型SMPTE应用电路

以LMH0340为例，其与主机FPGA的TX接口由5位LVDS数据总线和LVDS时钟组成，SMBus用于配置，还可使用多个GPIO信号。同时，要注意电源连接、配置引脚设置和环路滤波器的选择。

典型LMH0050 CML应用电路

LMH0050的应用电路与上述类似，但输出为CML接口，适用于驱动100Ω差分对或双绞线电缆。

总结

TI的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340系列SDI串行器为数字视频信号处理提供了高性能、高可靠性的解决方案。在设计过程中，我们要充分了解器件的特性和功能，注意PCB设计、电源管理和时钟优化等关键要点，以确保系统的稳定运行。希望本文能为电子工程师们在相关设计中提供有益的参考。

大家在使用这些器件的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流！