德州仪器SDI串行器：LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340深度解析

在数字视频信号处理领域，德州仪器（TI）的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器是备受关注的产品。它们为视频设备提供了高效、稳定的信号处理解决方案，广泛应用于各种视频相关的应用场景。今天，我们就来深入了解一下这些产品的特点、性能以及应用注意事项。

文件下载：lmh0040.pdf

产品概述

LMH0340/0040/0070/0050 SDI串行器是TI的FPGA - Attach SER/DES产品家族的一部分，支持与FPGA的5位LVDS接口。这些串行器能够将FPGA处理后的数据进行序列化，输出符合DVB - ASI、SMPTE 259M - C、SMPTE 292M和SMPTE 424M标准的信号。不同型号在支持的标准和功能上略有差异，以满足不同应用的需求。

产品特性亮点

接口与配置优势

• LVDS接口：与主机FPGA采用LVDS接口连接，无需外部VCO或时钟参考，简化了设计。同时，集成的可变输出电缆驱动器，能有效驱动传输线路。
• SMBus配置：具备3.3V SMBus配置接口，方便进行设备的配置和控制。通过SMBus可以访问设备的内部配置寄存器，实现对设备的灵活设置。
• PLL时钟处理：集成的TXCLK PLL能够有效清理时钟噪声，提高信号的稳定性。

  性能与规格出色

• 标准兼容性：输出符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M - C和DVB - ASI标准，确保了与各种视频设备的兼容性。
• 低功耗与低抖动：典型功耗为440mW，在HD、3G模式下典型输出抖动仅为30ps，保证了高质量的信号输出。

  封装与温度适应性

• 小封装设计：采用48引脚的WQFN封装，体积小巧，适合在空间有限的应用中使用。
• 宽温度范围：工业温度范围为 - 40°C至85°C，能够适应各种恶劣的工作环境。

引脚功能详解

这些串行器的引脚涵盖了LVDS输入接口、串行输出接口、SMBus接口、控制和配置引脚、模拟输入以及电源和接地引脚等多个部分。下面我们重点介绍一些关键引脚的功能：

LVDS输入接口

• TX[4:0]+/-：LVDS数据输入引脚，采用5通道宽DDR接口，内部有100Ω终端电阻，确保信号的稳定传输。
• TXCLK+/-：LVDS时钟输入引脚，同样具有内部100Ω终端电阻。

  串行输出接口

• TXOUT+/-：CML串行数字接口输出引脚，提供低偏斜的互补或差分信号。

  SMBus接口

• SDA、SCK、SMB_CS：分别为SMBus数据I/O引脚、时钟输入引脚和芯片选择输入引脚，用于设备的配置和通信。

  控制和配置引脚

• RESET：复位输入引脚，高电平为正常模式，低电平使设备进入复位状态。
• LOCK：PLL LOCK状态输出引脚，用于指示PLL的锁定状态。
• DVB_ASI：DVB - ASI选择输入引脚，用于选择DVB - ASI模式或正常模式。

电气特性与性能指标

绝对最大额定值与推荐条件

产品规定了绝对最大额定值，如电源电压、输入输出电压、结温等，使用时必须确保不超过这些限制，以保证设备的安全。同时，也给出了推荐的工作条件，包括电源电压、环境温度、时钟输入频率等，在这些条件下设备能够达到最佳性能。

电气参数

详细的电气参数表展示了不同型号在不同数据速率下的电源电流、功耗、控制引脚特性、LVDS输入特性、LVDS开关特性、SMBus输入和开关特性以及SDI和CML输出特性等。例如，在不同数据速率下，2.5V和3.3V电源电流会有所变化，输出电压、上升时间、下降时间等也有相应的规定。

功能描述与操作要点

设备操作

串行器（SER）与FPGA主机配合使用，FPGA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FPGA正确格式化数据，SER的输出将符合相应的标准。TI提供了源代码格式的IP和评估平台，帮助开发者进行应用开发。

电源供应

SER有2.5V和3.3V多个电源引脚，必须正确连接并进行旁路处理。旁路电容建议采用4.7μF和0.1μF的并联电容，每个电源引脚还需配备0.1μF的电容。设备底部中心的大接触点必须连接到系统GND，同时VDDPLL引脚需要连接22μF的电容到3.3V电源轨。为了获得更好的性能，建议使用线性稳压器为设备供电。

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，会将所有寄存器内容重置为默认值，并使PLL进入链路获取模式。设备有三种复位方式：上电自动复位、复位引脚复位和软件复位。

LVDS输入与数据处理

LVDS输入符合ANSI/TIA/EIA - 644 – A标准，内部有100Ω电阻。建议FPGA与SER之间的PCB走线长度不超过25cm，且采用差分对布线。数据序列化时，TX0上的数据先输出，也可以通过寄存器选择反转序列化顺序。

特殊模式与输出接口

• DVB - ASI模式：在该模式下，TX4±的输入信号作为数据有效位，根据其状态处理TX0 - TX3的数据，空闲字符可以通过寄存器进行重新编程。
• SDI输出接口：串行输出提供低偏斜的互补或差分信号，输出缓冲器为电流模式设计。为了驱动75Ω传输线，需要在输出引脚连接75Ω电阻到2.5V，该电阻还起到回波终止电阻的作用。
• CML输出接口：LMH0050的输出为CML，内部有50Ω上拉电阻，可驱动100Ω传输线，可连接到差分传输介质或外部电缆驱动器。

应用信息与设计建议

PCB设计

SMPTE串行规范对驱动器的输出回波损耗有严格要求，因此在PCB设计时，要尽量减小SER与输出连接器之间的走线长度，确保走线特性阻抗为75Ω。FPGA与SER之间的PCB走线建议不超过25cm，采用差分对布线，保证线长匹配。同时，要注意电源层和接地层的设计，避免接地环路和不连续性。

典型应用电路

• SMPTE应用电路：以LMH0340为例，其与FPGA的TX接口由5位LVDS数据总线和LVDS时钟组成，SMBus用于配置设备。设备的输出通过SMPTE兼容的电缆驱动器连接到外部。
• LMH0050 CML应用电路：LMH0050的应用电路与SMPTE应用电路类似，但输出为CML，内部有50Ω上拉电阻，用于驱动100Ω差分对或双绞线电缆。

  串行抖动优化

  SER的输出抖动与主机提供的TXCLK质量有关。虽然SER内部有电路可以过滤1MHz以上的TXCLK抖动，但对于低于100kHz的抖动，会直接传递到输出。因此，要通过合理的CLK信号布线和使用低抖动的时钟源来优化输出抖动。

寄存器配置与应用

设备的内部配置寄存器可以通过SMBus进行访问和配置，这些寄存器控制着设备的各种功能和状态。例如，通过寄存器可以进行设备的复位、GPIO引脚的配置、DVB - ASI模式的设置、电源管理等。不同的寄存器位具有不同的功能，开发者需要根据具体的应用需求进行合理配置。

总结

德州仪器的LMH0040、LMH0050、LMH0070和LMH0340 SDI串行器为数字视频信号处理提供了全面、高效的解决方案。这些产品具有丰富的功能、出色的性能和广泛的兼容性，适用于各种视频设备。在设计应用时，电子工程师需要深入了解产品的特性、引脚功能、电气参数和操作要点，合理进行PCB设计和寄存器配置，以充分发挥产品的优势，实现高质量的视频信号处理。你在使用这些产品的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。