LMH0394：3G HD/SD SDI低功耗扩展距离自适应电缆均衡器的卓越之选

在当今的电子设计领域，对于高速数据传输的需求日益增长，尤其是在广播视频等行业，对数据传输的稳定性和质量要求极高。德州仪器（TI）的LMH0394 3G HD/SD SDI低功耗扩展距离自适应电缆均衡器，正是为满足这些需求而设计的一款出色产品。今天，我们就来深入了解一下这款产品的特点、性能及应用。

文件下载：lmh0394.pdf

1. 产品概述

LMH0394主要用于对通过电缆（或具有类似色散损耗特性的任何介质）传输的数据进行均衡处理。它能在125 Mbps至2.97 Gbps的宽数据速率范围内工作，并且支持ST 424、ST 292、ST 344、ST 259和DVB - ASI等标准。这意味着它可以广泛应用于各种需要高速数据传输的场景，如广播视频路由器、切换器和分配放大器等。

2. 产品特性亮点

2.1 出色的电缆均衡能力

在不同的数据速率下，LMH0394都展现出了优秀的电缆均衡能力。例如，在2.97 Gbps的数据速率下，它能够均衡长达200米的Belden 1694A电缆；在1.485 Gbps时，可均衡220米；而在270 Mbps时，能达到400米。这种扩展的电缆传输距离，大大提高了系统设计的灵活性。

2.2 超低功耗设计

功耗是电子设备设计中不可忽视的因素。LMH0394在正常工作时功耗仅为115 mW，还具备带自动睡眠控制的节能模式，典型功耗仅17 mW。这不仅有助于降低系统的整体功耗，还能减少散热设计的压力。

2.3 抗串扰能力强

单端SDI信号容易受到串扰的影响，而LMH0394在设计时充分考虑了这一点。它采用了先进的电路设计技术，能够有效隔离和最小化高密度系统设计中的串扰影响，确保在存在串扰的情况下，电缆传输距离的减少程度最小，整体抗相邻通道串扰能力卓越。

2.4 灵活的工作模式

LMH0394支持引脚模式和SPI模式两种工作模式。在引脚模式下，它可以通过控制引脚设置工作状态，并且与LMH0384、LMH0344和传统SDI均衡器引脚兼容，方便进行升级和替换。在SPI模式下，用户可以通过可选的SPI串行接口，以菊花链配置方式访问和配置多个LMH0394设备。这使得用户能够对输出共模电压和摆幅、输出去加重水平、输入启动幅度和电源管理设置等进行编程，还可以访问电缆长度指示器和所有引脚模式功能。

3. 技术参数解析

3.1 绝对最大额定值

了解产品的绝对最大额定值对于正确使用和保护设备至关重要。LMH0394的电源电压最大为3.1 V，输入电压范围为 - 0.3 V至Vcc + 0.3 V，结温最大为125°C，存储温度范围为 - 65°C至150°C。在设计时，必须确保设备在这些额定值范围内工作，以避免永久性损坏。

3.2 ESD额定值

静电放电（ESD）是电子设备的潜在威胁。LMH0394的人体模型（HBM）ESD额定值为6000 V，带电设备模型（CDM）为 + 2000 V，这表明它具有较好的ESD防护能力。但在存储和处理时，仍需注意采取防静电措施，如将引脚短路或放置在导电泡沫中。

3.3 推荐工作条件

为了确保LMH0394的最佳性能，推荐的电源电压为2.375 V至2.625 V（标称值2.5 V），输入耦合电容为1 μF，工作环境温度范围为 - 40°C至85°C。在设计电源和选择外部元件时，应严格遵循这些推荐条件。

3.4 电气特性

LMH0394的直流和交流电气特性都非常出色。例如，在直流特性方面，输入电压高电平为1.7 V至Vcc，输入电压低电平为VEE至0.7 V；在交流特性方面，最小输入数据速率为125 Mbps，最大为2970 Mbps。这些特性保证了它在不同数据速率和信号条件下的稳定工作。

4. 功能模块剖析

4.1 均衡器滤波器模块

该模块是一个多级自适应滤波器，当Bypass引脚为高电平时，均衡器滤波器将被禁用。它能够根据输入信号的特性自动调整增益和带宽，以实现最佳的均衡效果。

4.2 DC恢复/电平控制模块

该模块接收来自均衡器滤波器模块的差分信号，并通过自偏置DC恢复电路对信号进行完全的DC恢复。当Bypass引脚为高电平时，此功能将被禁用。同时，该模块前后的信号用于生成自动均衡控制（AEC）信号，以设置均衡器滤波器的增益和带宽。

4.3 载波检测模块

载波检测模块根据SDI输入和静音参考模块的调整生成载波检测信号。当LMH0394输入没有有效信号时，该信号为高电平；检测到有效输入信号时为低电平。这一功能可以帮助系统判断输入信号的状态，以便进行相应的处理。

4.4 SPI控制模块

在SPI模式下，SPI控制模块使用MOSI、MISO、SCK和$overline{SS}$信号来控制SPI寄存器。SPI_EN引脚用于选择SPI模式和引脚模式，当SPI_EN为低电平时，设备工作在引脚模式。

4.5 输出驱动模块

输出驱动模块产生SDO和$overline{SDO}$信号，它们是内部端接100 - Ω的LVDS输出。该模块提供可编程的输出去加重功能，以补偿高达40英寸的FR4走线损耗，减少符号间干扰，确保输出信号的质量。

5. 编程与配置

5.1 SPI寄存器访问

通过将SPIEN引脚设置为高电平，可以启用可选的SPI寄存器访问模式。在该模式下，用户可以访问LMH0394的所有功能，包括电缆长度指示器、可编程输出去加重、可编程输出共模电压和摆幅、数字$MUTE {REF}$和启动幅度优化等。设备支持八个8位寄存器，并且可以在无限数量的LMH0394设备之间进行SPI菊花链连接。

5.2 SPI事务操作

SPI事务包括写和读操作。写操作是16位长，包含写命令、设备寄存器的七个地址位和八个数据位；读操作是32位长，包括一个16位的读事务和一个16位的虚拟读事务，以将读取的数据从MISO输出。在菊花链配置中，每个SPI事务的长度为16xN位（N为设备数量）。

5.3 输出驱动调整和去加重设置

通过SPI寄存器01h，用户可以调整输出驱动的摆幅、偏移电压和去加重水平。输出摆幅可以设置为400 mV、600 mV、700 mV或800 mV，偏移电压可以在0.8 V至1.2 V之间以200 mV的增量进行调整，去加重水平可以设置为0 dB、 - 3 dB、 - 5 dB或 - 7 dB，以适应不同的PCB走线长度。

5.4 启动幅度优化

通过SPI寄存器02h，LMH0394可以对输入信号在均衡器之前的衰减进行补偿。当该寄存器的位7设置为默认的“0b”时，设备正常工作，期望启动幅度为800 mV；设置为“1b”时，可针对有6 dB衰减（400 mV）的输入信号进行优化。

5.5 电缆长度指示器

电缆长度指示器（CLI）可通过SPI寄存器06h的位[7:0]访问，它可以提供连接到输入的电缆长度指示。不同数据速率下，CLI与电缆长度的对应关系不同。对于3G和HD输入，每步对应1.25米；对于SD输入，在0至191十进制时，每步对应1.25米减去20米，在192至247十进制时，每步对应3.5米。

6. 应用与设计要点

6.1 应用场景

LMH0394适用于各种需要高速数据传输和电缆均衡的场景，如广播视频路由器、切换器和分配放大器等。它可以有效提高数据传输的稳定性和质量，减少信号衰减和失真。

6.2 接口设计

6.2.1 与3.3 - V SPI接口

当将LMH0394的SPI引脚与3.3 - V的SPI主机接口时，需要使用分压器或电平转换器。例如，可以使用简单的电阻分压器来实现电平匹配。

6.2.2 输入输出接口

输入必须采用AC耦合方式，且单端输入的未使用引脚必须正确端接。输出是内部端接100 - Ω的LVDS输出，应尽可能与接收设备的输入进行DC耦合，使用100 - Ω的差分传输线连接。当接收设备有强上拉电阻时，需要使用AC耦合，并选择足够大的耦合电容。

6.3 设计注意事项

6.3.1 PCB布局

PCB布局对于高速信号的传输至关重要。SMPTE标准对串行数字接口的回波损耗有严格要求，因此在设计时要尽量减小BNC与均衡器之间的阻抗不连续性，确保走线的特性阻抗为75 Ω。具体建议包括使用表面贴装元件、选择合适的走线宽度、采用支持75 - Ω单端走线和100 - Ω松散耦合差分走线的电路板叠层、将回波损耗元件靠近均衡器输入引脚、保持互补信号的对称性、避免信号路径中的尖锐弯曲等。

6.3.2 电源设计

电源设计应满足推荐的工作条件，包括DC电压和最大电流消耗。根据数据手册中提供的最大电流消耗来计算电源所需提供的最大电流，并且在靠近设备VDD引脚处使用0.01 - μF的电容来减少电源噪声。

7. 总结

LMH0394 3G HD/SD SDI低功耗扩展距离自适应电缆均衡器凭借其出色的电缆均衡能力、超低功耗、抗串扰性能和灵活的工作模式，成为高速数据传输领域的理想选择。在实际应用中，只要我们严格遵循其技术参数和设计要点，合理进行编程和配置，就能够充分发挥其性能优势，为我们的系统设计带来出色的效果。各位电子工程师们，不妨在实际项目中尝试使用这款产品，相信它会给你带来意想不到的惊喜。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。