带集成时钟恢复器的LMH1228 12G UHD - SDI双路输出电缆驱动器深度解析

在当今超高清视频飞速发展的时代，对于高性能视频传输接口的需求也日益增长。LMH1228作为一款带集成时钟恢复器的12G UHD - SDI双路输出电缆驱动器，凭借其出色的性能和丰富的特性，在广播视频、数字视频处理等领域有着广泛的应用前景。今天，我们就来深入剖析这款芯片。

文件下载：lmh1228.pdf

一、特性亮点

1. 广泛的标准支持

LMH1228支持ST - 2082 - 1 (12G)、ST - 2081 - 1 (6G)、ST - 424 (3G)、ST - 292 (HD) 和ST - 259 (SD) 等多种标准，兼容DVB - ASI和AES10 (MADI)，这使得它能够适应不同的数据速率和应用场景，为用户提供了极大的灵活性。

2. 强大的时钟恢复功能

集成的时钟恢复器能够锁定为11.88Gbps、5.94Gbps、2.97Gbps、1.485Gbps或1.001分频子速率和270Mbps的SMPTE速率。它可以减弱高频抖动，使用纯净的低抖动时钟完全重新生成数据，而且不需要任何输入参考时钟，内置的环路滤波器进一步提升了时钟恢复的稳定性。

3. 集成眼图张开度监视器（EOM）

EOM可以对信号进行分析、监测和诊断，对于2.97Gbps及以上的数据速率，能够在一个单位间隔的时间窗口和±400mV的电压范围内监测信号，为信号质量的评估提供了有力的工具。

4. 双路差分输出电缆驱动器

具有片上75Ω终端和回损补偿网络，能够有效满足SMPTE的输出回损要求。自适应PCB输入均衡器可以补偿传输介质带来的频率相关损耗，提升信号的带宽和幅度，减少码间干扰（ISI）。

5. 灵活的输出控制

75Ω输出端具有自动压摆率控制、自动预加重和输出振幅调节功能；100Ω输出端则支持可编程去加重功能和输出振幅调节。同时，75Ω和100Ω输出端都支持极性反转，方便用户根据实际需求进行调整。

6. 低功耗设计

在没有输入信号时，芯片会自动进入省电工作模式，功耗仅为25mW（典型值）。通过使能引脚还可以进行断电控制，正常工作时功耗为305mW（典型值），在追求高性能的同时兼顾了低功耗的需求。

7. 多种编程方式

可通过引脚、SPI或SMBus接口进行编程，方便用户根据不同的应用场景进行灵活配置。工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，采用5mm × 5mm 32引脚WQFN封装，体积小巧，适合各种紧凑型设计。

二、应用场景

1. SMPTE兼容串行数字接口

凭借其对多种SMPTE标准的支持，LMH1228可以广泛应用于需要遵循SMPTE规范的串行数字接口中，确保数字视频在同轴电缆上的可靠传输。

2. UHDTV/4K/8K/HDTV/SDTV视频

对于超高清视频的处理和传输，LMH1228能够提供稳定的信号驱动和时钟恢复功能，满足高分辨率视频对信号质量的严格要求。

3. 广播视频路由器、交换机、分配放大器和监视器

在广播视频系统中，需要对视频信号进行高效的路由、交换和分配，LMH1228的双路输出和高性能特性可以很好地满足这些需求。

4. 数字视频处理和编辑

在数字视频处理和编辑设备中，精确的时钟恢复和信号驱动是保证视频质量的关键，LMH1228可以为这些设备提供可靠的支持。

三、详细功能解析

1. 4 - Level输入引脚和阈值

4 - Level输入配置引脚通过电阻分压器提供四个逻辑状态，用户可以根据不同的需求进行灵活设置，实现对芯片功能的精确控制。

2. OUT0_SEL和SDI_OUT2_SEL控制

这两个引脚可以选择数据路径，用户可以根据实际应用场景，如单电缆驱动、双电缆驱动等，配置不同的信号路径组合。

3. 输入信号检测

IN0具有信号检测电路，能够实时监测输入信号的有无。当没有输入信号时，芯片自动进入省电模式；当检测到有效信号时，自动恢复正常工作。用户还可以通过寄存器编程监测信号检测状态，方便系统的诊断和管理。

4. 连续时间线性均衡器（CTLE）

CTLE用于补偿输入信号在传输介质中的频率相关损耗，通过对输入信号应用可变增益，提升高频信号的幅度，扩展信号带宽，减少码间干扰。IN0具有片上100Ω终端，适用于AC耦合，需要4.7μF的AC耦合电容器。CTLE有AM0手动模式和AM1自适应模式，用户可以根据实际情况选择合适的模式。

5. 时钟和数据（CDR）恢复

经过CTLE处理后的信号进入CDR模块，CDR通过内部PLL锁定输入信号，恢复出干净的时钟信号，重新采样数据。LMH1228支持多种数据速率，对于11.88Gbps、5.94Gbps、2.97Gbps、1.485Gbps和270Mbps的数据，CDR开启；对于125Mbps的数据，CDR旁路。

6. 输出功能控制

OUT_CTRL引脚可以控制是否旁路时钟恢复器，在正常工作时，时钟恢复器开启；在某些特定情况下，用户可以选择旁路时钟恢复器。这些设置可以通过寄存器控制进行覆盖，为用户提供了更多的灵活性。

7. 输出驱动器控制

• Line - Side输出电缆驱动器（SDI_OUT1 +, SDI_OUT2 +）：用于驱动75Ω单端同轴电缆，具有集成的75Ω终端和回损补偿网络。输出幅度可以通过SDI_VOD引脚进行优化，同时支持输出预加重和输出压摆率的自动控制，以满足不同数据速率下的SMPTE要求。
• Host - Side 100Ω输出驱动器（OUT0±）：作为主机侧的环回输出，支持极性反转。用户可以根据板级走线的长度，选择合适的输出幅度和去加重水平，减少传输过程中的码间干扰。

  8. 状态指示和中断

  LOCK_N引脚可以配置为指示时钟恢复器锁定、输入信号检测或中断事件。用户可以通过寄存器编程对其进行灵活配置，方便系统的故障诊断和状态监测。

四、设计要点

1. SMPTE要求和规格

在设计过程中，需要满足SMPTE对串行数字接口的要求，如回损、AC耦合和上升/下降时间等。LMH1228在设计上已经考虑了这些要求，例如内置的75Ω回损网络、推荐的4.7μF AC耦合电容器以及自动边缘速率调整功能。为了更好地满足SMPTE规格，建议将LMH1228尽可能靠近75Ω BNC端口。

2. 低功耗优化

在CTLE的AM1自适应模式下，使用HEO/VEO锁定监测来实现锁定。在锁定完成后，可以通过设置CTLE/CDR Reg 0×3E[7] = 0'b来禁用HEO/VEO锁定监测，从而优化功耗，降低整体功耗约25mW。

3. 布局和布线

• 电源供应：需要使用去耦电容器来确保稳定的电源供应，0.1μF的表面贴装陶瓷电容器应靠近每个VDD_CDR、VDD_LDO和VIN供应引脚，同时建议为VDD_CDR和VIN使用较大的大容量电容器（如10μF和1μF）。
• 高速PCB走线：对于不同的信号，需要采用不同的走线方式。SDI_OUT1±和SDI_OUT2±使用75Ω单端阻抗的非耦合走线；IN0±和OUT0±使用100Ω差分阻抗的耦合走线。同时，要注意走线的宽度、间距、弯曲角度和过孔的使用，避免信号反射和阻抗不匹配。
• BNC连接器布局：使用设计良好的BNC焊盘，确保BNC的信号焊盘达到75Ω的特性阻抗。BNC与SDI_OUT1±之间的走线长度应尽量短，并且保持对称。

五、封装和订购信息

LMH1228有多种封装选项可供选择，如WQFN封装。不同的封装在引脚数量、包装形式、环保计划等方面可能会有所不同，用户可以根据实际需求进行选择。在订购时，还需要注意器件的状态（如ACTIVE、LIFEBUY等）、湿度敏感度等级（MSL）和峰值回流温度等信息。

六、总结

LMH1228作为一款高性能的12G UHD - SDI双路输出电缆驱动器，凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和灵活的设计选项，为电子工程师在超高清视频传输和处理领域提供了一个优秀的解决方案。在实际设计过程中，我们需要充分了解其特性和要求，合理进行布局和布线，以确保芯片能够发挥出最佳性能。同时，要关注芯片的低功耗优化和SMPTE规格的满足，为最终产品的稳定性和可靠性提供保障。大家在使用这款芯片的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。