LMH0376：3Gbps HD/SD SDI低功耗重定时器深度解析

在当今高速发展的电子领域，对于高清视频传输和处理的需求与日俱增。德州仪器（TI）的LMH0376 3Gbps HD/SD SDI低功耗重定时器，凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了广播视频路由器、切换器和分配放大器等应用中的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：lmh0376.pdf

芯片概述

LMH0376是一款符合SMPTE ST 424、SMPTE ST 292和SMPTE ST 259 - C标准的多速率重定时器，支持125 Mbps、270 Mbps、1.4835 Gbps、1.485 Gbps、2.967 Gbps和2.97 Gbps的串行数据速率操作。它不仅能恢复串行时钟并对串行数据流进行重定时以抑制累积抖动，还集成了眼图监测器和4:1输入多路复用器，为视频信号处理提供了强大的支持。

芯片特性

数据速率与标准兼容性

支持多种串行数据速率，涵盖了从SD到HD再到3G的广泛范围，同时兼容SMPTE相关标准，确保了在不同视频系统中的通用性。此外，它还支持270 Mbps的DVB - ASI和125 Mbps的MADI。

低功耗设计

典型功耗仅为100 mW，即使两个输出驱动器都启用，功耗也只有145 mW。这种低功耗特性使得LMH0376在长时间运行的设备中能够有效降低能耗，减少散热问题。

集成功能

• 4:1输入多路复用器：集成了4:1输入多路复用器，每个通道都有0 - 60” FR4均衡器和独立的信号检测功能。这使得用户可以方便地选择不同的输入数据进行处理，同时均衡器能够补偿长距离传输带来的信号损耗。
• 眼图监测器：提供64 x 64点的眼图监测器，可用于分析输入信号的眼图质量。这对于评估信号的完整性和调整系统参数非常有帮助。

输出特性

• 双差分输出：具有两个差分重定时输出，还可选择输出恢复的时钟信号。
• 去加重功能：输出去加重功能可补偿长达40”的FR4走线损耗，确保信号在传输过程中的质量。

其他特性

• 工作模式灵活：支持27 MHz外部参考或无参考操作模式。
• 内部终端：内部终端100Ω输入和LVDS输出，输入具有轨到轨输入共模电压，输出的共模电压和摆幅可编程。
• 电源管理：采用单2.5V电源供电，具备电源节省模式和设备电源关断控制功能。
• 封装与兼容性：采用48 - Pin WQFN封装（7 x 7 mm），工业温度范围为 - 40°C至 + 85°C，并且在引脚模式下与LMH0356引脚兼容。

工作模式

LMH0376有引脚模式（SPI_EN = 0）和SPI模式（SPI_EN = 1）两种工作模式。

引脚模式

在引脚模式下，芯片的功能由控制引脚控制，并且与LMH0356重定时器引脚兼容。这种模式适合对现有设计进行升级或与已有的硬件进行集成。

SPI模式

SPI模式允许通过SPI寄存器访问来控制芯片的所有功能，提供了更多的控制选项，例如：

• 眼图开口监测器的配置和数据读取。
• 输出驱动器的幅度、共模电压和去加重控制。
• 每个输入通道的信号检测。
• 对输出驱动器发送的信号进行更精细的控制。
• 锁定数据速率的详细信息，能够区分1.4835和1.485 Gbps，以及2.967和2.97 Gbps（在外部参考模式下）。
• 可以将设备引脚配置为GPIO，用于显示输入信号检测状态或锁定数据速率等。
• 可以关闭未使用的功能以节省功耗。

关键功能模块

串行数据输入

芯片提供四个差分数据输入（SDI0、SDI1、SDI2和SDI3），每个输入都有100Ω差分内部终端和独立的信号检测电路。信号检测阈值可通过SPI寄存器进行调整，并且每个输入通道的信号检测状态可以通过GPIO引脚显示。此外，输入还支持0 - 60” FR4均衡，可通过SPI对均衡器进行优化。

输入选择

集成了4:1输入多路复用器，允许连接多达四个独立的串行数据流。可以通过SEL0和SEL1引脚或SPI寄存器选择活动输入通道。在SPI模式下，还可以独立控制输入选择，包括选择进入眼图监测器和SDO1输出旁路数据的输入。

串行数据输出

提供两个内部终端100Ω LVDS输出（SDO0和SDO1），输出信号可以是重定时数据、恢复的时钟或旁路数据。输出驱动器的摆幅、偏移电压、去加重水平和极性都可以通过SPI寄存器进行调整，并且可以独立关闭输出驱动器。

锁定检测与输出静音

• 锁定检测：通过LOCK_DETECT引脚或读取寄存器可以监测重定时器是否锁定到输入数据流。在旁路模式下，锁定检测不会触发。
• 输出静音：可以将SDO0和SDO1输出置于静音状态，在引脚模式下由MUTE引脚控制，在SPI模式下由寄存器控制。

数据速率选择

可以通过RATE0和RATE1引脚或SPI寄存器选择数据速率，支持自动速率检测或手动选择特定速率。在SPI模式下，可以通过寄存器覆盖引脚的选择。

外部时钟参考或无参考模式

可以使用外部27 MHz晶体或时钟信号作为定时参考输入，也可以在无参考模式下工作。提供外部参考可以帮助芯片区分不同的数据速率。

眼图监测器

集成了眼图监测器，可用于分析输入信号的眼图质量。有正常和快速两种工作模式，并且可以快速检测和报告水平和垂直眼图开口。在使用眼图监测器时，需要确保芯片锁定到输入数据速率，并且可以独立选择输入信号和配置监测模式。

SPI寄存器访问

在SPI模式下，LMH0376提供了超过50个可访问的寄存器，用于控制芯片的各种功能。每个SPI事务为16位长，支持读写操作。芯片还支持SPI菊花链操作，允许连接多个LMH0376设备。在进行SPI操作时，需要注意保留寄存器值不要被更改，并且在芯片上电后等待500 ms以确保上电复位完成。

应用建议

电源供应

建议使用线性稳压器为LMH0376供电，以减少开关电源带来的噪声。如果使用开关稳压器，需要进行充分的电源滤波。同时，要在每个电源引脚附近放置高频陶瓷旁路电容和大容量电容，以提高电源的稳定性。

环路滤波器

使用56 nF电容作为环路滤波器，连接在LF1和LF2引脚之间。在布局时，要尽量缩短环路滤波器的走线，避免使用过孔，并且增加滤波器与其他信号的隔离。

输入接口

输入信号的质量对芯片的性能至关重要，要避免输入信号出现过冲、下冲、振铃或信号反射等问题。在短走线驱动输入信号时，可以使用小值电阻和并联电容来改善信号质量。

与3.3V SPI接口

当将LMH0376的SPI引脚与3.3V的SPI主机接口时，需要使用电压分压器或电平转换器，以确保信号的兼容性。

总结

LMH0376以其丰富的功能、低功耗设计和灵活的工作模式，为高清视频传输和处理提供了一个强大而可靠的解决方案。无论是在广播视频设备还是其他需要高速串行数据处理的应用中，LMH0376都能够发挥出出色的性能。作为电子工程师，我们在设计时需要充分考虑芯片的各种特性和应用建议，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。