德州仪器SDI串行器LMH0340/0040/0070/0050：高清视频传输的理想选择

在当今的数字视频领域，对于高质量、高速率信号传输的需求日益增长。德州仪器（TI）的LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器，凭借其卓越的性能和丰富的特性，成为了众多视频设备制造商的首选。本文将详细介绍这些器件的特点、应用以及设计要点，帮助电子工程师更好地理解和应用它们。

文件下载：lmh0050.pdf

一、产品概述

LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器是TI FPGA-Attach SER/DES产品家族的一部分，支持与FPGA的5位LVDS接口。这些器件旨在与FPGA主机协同工作，将预处理后的数据进行序列化，并输出符合DVB-ASI、SMPTE 259M-C、SMPTE 292M和SMPTE 424M标准的信号。

特性亮点

1. LVDS接口：与主机FPGA通过LVDS接口连接，无需外部VCO或时钟参考，简化了设计。
2. 集成可变输出电缆驱动器：提供强大的驱动能力，确保信号在长距离传输时的稳定性。
3. 3.3V SMBus配置接口：方便进行设备配置和参数调整。
4. 集成TXCLK PLL：有效清除时钟噪声，提高信号质量。
5. 小型48引脚WQFN封装：节省电路板空间，适用于紧凑型设计。
6. 工业温度范围：-40°C至85°C，满足各种恶劣环境的应用需求。

应用领域

这些串行器广泛应用于各种视频设备，如视频摄像机、DVR、视频切换器和视频编辑系统等，为高清视频信号的传输提供了可靠的解决方案。

二、关键规格

输出标准兼容性

不同型号的器件对SMPTE 424M（3G）、SMPTE 292M（HD）、SMPTE 259M（SD）和DVB-ASI标准的支持有所不同，具体如下表所示：	器件	SMPTE 424M支持（3G）	SMPTE 292M支持（HD）	SMPTE 259M支持（SD）	DVB-ASI支持	SMPTE兼容电缆驱动器
LMH0340	X	X	X	X	X
LMH0040	X	X	X	X
LMH0070	X	X	X
LMH0050	X	X	X

功耗与抖动

典型功耗约为440mW，在HD和3G模式下，典型输出抖动仅为30ps，确保了低功耗和高稳定性的信号传输。

三、功能描述

设备操作

SER（串行器）用于数字视频信号源设备，与FPGA主机协同工作。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。只要主机正确格式化数据，SER的输出将符合所选的输出模式标准。TI提供源代码格式的IP以及评估平台，帮助开发者进行目标应用的开发。

电源供应

SER有多个2.5V和3.3V的电源引脚，必须正确连接并进行旁路处理。旁路电容建议使用并联的4.7μF和0.1μF电容，每个电源引脚还需配备0.1μF电容。器件底部中心的大接触点必须连接到系统GND，作为主要的接地连接。此外，VDDPLL引脚需要连接一个22μF的电容到3.3V电源轨。

上电与复位

上电时，应先接通3.3V电源，再接通2.5V电源。设备具有上电复位序列，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，尝试锁定TXCLK输入。设备有三种复位方式：上电自动复位、复位引脚复位和软复位（通过写入复位寄存器实现）。

LVDS输入

SER的LVDS输入符合ANSI/TIA/EIA-644–A标准，内部有100Ω电阻，允许与LVDS驱动器形成电流回路接口。建议FPGA与SER之间的PCB走线长度不超过25cm，以减少信号衰减和通道偏移。可以通过寄存器设置调整LVDS输入的延迟和顺序。

环路滤波器与PLL滤波器

SER内部的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。建议在引脚26和27之间连接一个串联的电容和电阻，电容值为0.1μF，电阻值为500Ω。PLL的外部滤波电容建议值为22μF，连接到3.3V电源轨。

DVB-ASI模式

在DVB-ASI模式下，TX4±输入信号被视为数据有效位。当该信号为高电平时，TX0 - TX3的4位半字节组成一个8位字，经过内部8b10b编码器转换为10位代码后进行序列化输出；当TX4±为低电平时，忽略TX0 - TX3输入，插入10位空闲字符。空闲字符可以通过寄存器0x11'h和0x12'h进行重新编程。

输出接口

SDI输出

除LMH0050外，其他型号的串行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，高阻抗输出。为驱动75Ω传输线，需在每个输出引脚与2.5V之间连接一个75Ω电阻，该电阻既将电流输出转换为电压，又作为传输线的终端电阻。输出驱动器会根据输入数据速率自动调整摆率，以符合SMPTE标准。

CML输出

LMH0050的输出为CML，内部包含50Ω上拉电阻，适用于驱动100Ω传输线。可以连接到差分传输介质（如双绞线电缆）或外部电缆驱动器。

电源管理

通过向寄存器0x26'h写入‘0x40h’和向寄存器0x01'h写入‘0x10'h，可以使设备进入低功耗模式，预计可降低约30%的功耗。此外，如果TXCLK输入没有时钟信号，部分电路会自动断电，进一步节省功耗。

SMBus接口

配置总线符合SMBus 2.0规范，但不支持可选的ARP功能。I/O电压为3.3V，不支持5V。建议在多设备应用中使用SMB_CS信号进行设备选择。通过SMBus可以访问设备的控制功能，减少信号数量，提高设计的灵活性。

通用I/O引脚（GPIO[2:0]）

SER有三个GPIO引脚，可以配置为直接访问某些寄存器值。这些引脚可以用于监控内部状态、接收外部信号或控制外部功能。例如，可以将TXCLK检测状态位路由到外部引脚，为主机处理器生成中断。GPIO引脚可以配置为三态模式，禁用缓冲器，并可以选择上拉、下拉或无偏置输入。

四、应用信息

PCB设计建议

为满足SMPTE标准对驱动器输出回波损耗的严格要求，应尽量减少SER（除LMH0050外）与输出连接器之间的走线长度，并确保走线的特性阻抗为75Ω。建议FPGA与SER之间的PCB走线不超过25cm，且作为差分对进行布线，保证线长匹配和耦合紧密。同时，要注意避免接地环路和电源、接地平面的不连续性。

典型应用电路

SMPTE应用电路

以LMH0340为例，典型应用电路中，FPGA与SER之间的TX接口由5位LVDS数据总线和LVDS时钟组成，采用点对点接口，SER内部有100Ω终端电阻。SMBus用于设备配置，需要上拉电阻。根据应用需求，还可以使用其他GPIO信号。SER的输出通过75Ω电阻连接到2.5V，驱动75Ω同轴电缆。

LMH0050 CML应用电路

LMH0050的典型应用电路与上述类似，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能够实现极低的抖动操作，但依赖于主机提供的TXCLK质量。SER内部有电路可以过滤1MHz以上的TXCLK抖动，但对于100kHz以下的抖动，会直接传递到序列化输出。为了获得更好的抖动性能，应尽量减少TXCLK上的噪声，可以通过精心设计CLK信号的布线来实现。德州仪器的LMH1981同步分离器和LMH1982时钟发生器产品可以从视频参考信号中生成低抖动的视频频率时钟。

五、寄存器描述

该系列器件有多个配置寄存器，用于控制设备的各种功能，如设备ID、复位、GPIO配置、DVB-ASI模式、电源管理等。详细的寄存器信息可以参考数据手册中的表格。

六、总结

德州仪器的LMH0340/0040/0070/0050系列SDI串行器为数字视频信号传输提供了高性能、高可靠性的解决方案。它们具有丰富的特性、广泛的应用领域和详细的设计指南，能够帮助电子工程师轻松实现各种高清视频设备的设计。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并严格按照设计建议进行PCB布局和电路设计，以确保设备的最佳性能。希望本文能够为电子工程师在使用这些器件时提供有价值的参考。

以上就是关于德州仪器SDI串行器的详细介绍，你在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。