探索LMH6586：32x16视频交叉点开关的卓越性能与应用

在当今的视频处理领域，高性能的视频交叉点开关至关重要。TI的LMH6586作为一款32x16视频交叉点开关，凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为了众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款器件。

文件下载：lmh6586.pdf

一、LMH6586的关键特性

1. 输入输出配置

LMH6586拥有32个输入和16个输出，能够满足多种复杂的视频路由需求。其输入采用交流耦合，并集成了直流恢复钳位电路，可有效处理交流耦合的视频信号。每个输出都可单独寻址，并且输出缓冲增益可通过引脚选择为1V/V或2V/V，为设计提供了极大的灵活性。

2. 出色的电气性能

• 带宽：-3dB带宽达到66MHz，能够处理高频视频信号，保证视频的清晰传输。
• 增益和相位误差：在(R{L}=150 Omega) 、(A{V}=2 V / V)的条件下，差分增益（DG）仅为0.05%，差分相位（DP）为0.05°，确保了视频信号的高质量还原。
• 隔离度：在6MHz时，关断隔离度达到-70dB，有效减少了通道间的干扰。

3. 丰富的检测功能

• 视频检测：具有可编程阈值的视频检测功能，可配置为检测视频的存在或丢失。通过编程寄存器0x1D，可设置32个输入通道的通用视频阈值电压。
• 同步检测：同步检测功能可通过引脚配置阈值，当输入的负向同步脉冲未低于阈值水平时，可指示“同步丢失”。

4. 灵活的控制接口

采用100kHz的I2C接口，并且从设备地址可通过2位进行配置，最多可在一个公共I2C总线上连接四个具有唯一地址的LMH6586设备，方便实现矩阵扩展。

5. 低功耗设计

支持单个5V电源供电，具有输入和输出的单独关断模式以及设备掉电模式，可有效降低功耗。

二、应用场景

LMH6586主要应用于CCTV安全和监控系统的模拟视频路由。在这些系统中，需要对多个视频源进行灵活的切换和分配，LMH6586的非阻塞架构能够满足任意输入与任意输出的连接需求，确保视频信号的稳定传输。

三、功能详解

1. 输出缓冲增益

输出缓冲增益可通过GAIN_SEL输入（引脚61）进行选择。当该引脚置低时，输出通道0 - 15的增益为1X；置高时，增益为2X。而输出通道16具有固定的1X增益，用于驱动外部同步分离器。

2. 视频检测

视频检测可配置为检测视频信号是否高于或低于阈值水平。通过编程寄存器0x1D的三个LSB（位2:0），可在直流恢复输入的同步尖端电平之上以95mV的步长设置阈值。为避免高频图像内容的误触发，检测电路会对视频信号进行低通滤波。

3. 同步检测

同步检测电路可检测输入的负向同步脉冲是否低于阈值水平。同步阈值电压由VREF_SYNC输入（引脚65）的偏置电压定义，推荐电压为350mV。

4. 检测标志输出

FLAG输出（引脚75）可根据用户定义的视频和同步检测状态位的使能设置，在视频检测或同步检测触发时置高。通过编程寄存器0x10 - 0x13和0x14 - 0x17，可分别设置视频和同步检测的使能位。

5. 开关矩阵

LMH6586采用512个CMOS模拟开关构成32 x 16的交叉点开关，通过I2C总线接口进行编程配置，实现非阻塞的信号路由。

6. 直流恢复

每个输入都有专用的直流恢复钳位电路，允许使用0.1µF的耦合电容进行交流耦合输入操作，确保视频信号在放大器的工作范围内。

7. 输入输出特性

• 输入：32个输入可接受标准NTSC或PAL复合视频信号，通过0.1µF的耦合电容进行交流耦合。输入缓冲器提供高输入阻抗，可单独关断以降低功耗和串扰。
• 输出：16个视频输出通过可编程的1X或2X增益输出缓冲器进行缓冲，能够驱动150Ω的负载。输出可单独关断，并且在扩展矩阵阵列大小时，可将多个输出连接在一起，但需注意避免短路。

四、设计考虑

1. 输入扩展

LMH6586可用于创建更大的开关矩阵。通过将多个设备的输入并联、输出进行线或连接，可实现如128 x 16的非阻塞矩阵。但在使用时，需确保只有一个输出处于活动状态，其他输出应置于关断模式。

2. 驱动容性负载

当多个输出连接在一起时，输出缓冲器会面临容性负载。为防止交流响应下降，可减少输出的线或连接数量，或在输出与容性负载之间串联电阻。同时，可通过设计具有电感的PCB走线或添加小值电感来改善高频性能。

3. 热管理

LMH6586在5V电源下工作，负载电流约为300mA，功耗约为1.75W。此外，每个连接到输出的等效视频负载（150Ω）需预算30mW的功耗。为确保安全运行，需根据最大功耗计算所需的热阻(theta_{JA}) ，并选择合适的散热措施。

4. 外部电阻

REXT外部电阻（引脚67）用于建立内部偏置电流和精确的参考电压，建议使用10kΩ 1%的精密电阻，以确保在宽温度范围内的正常运行。

5. I2C接口

通过I2C接口，微控制器可对LMH6586进行配置。I2C协议的起始条件为SDA在SCL为高电平时被拉低，随后发送从设备地址和读写位。通过ADDR[1]和ADDR[0]引脚可配置7位从设备地址的最低两位，最多可在一个公共I2C总线上连接四个具有唯一地址的设备。

五、寄存器配置

LMH6586的寄存器用于控制视频和同步检测、输入输出关断、视频输入选择等功能。以下是一些重要寄存器的介绍：

• 视频和同步检测状态寄存器（0x00 - 0x07）：只读寄存器，包含32个输入通道的同步和视频检测状态位。
• 视频和同步检测控制寄存器：包括视频检测反转寄存器（0x0C - 0x0F）、视频和同步检测使能寄存器（0x10 - 0x17）以及视频检测阈值控制寄存器（0x1D）。
• 输入和输出关断寄存器（0x18 - 0x1B和0x1E - 0x1F）：用于控制输入和输出通道的关断状态。
• 视频输入选择寄存器（0x20 - 0x30）：用于控制交叉点开关的路由，每个输出都有一个专用的输入选择寄存器。

六、总结

LMH6586作为一款高性能的32x16视频交叉点开关，具有丰富的功能和出色的电气性能。在设计过程中，工程师需要充分考虑其输入输出特性、检测功能、开关矩阵配置以及热管理等方面，以确保系统的稳定运行。同时，通过合理利用其寄存器配置，可实现灵活的视频路由和检测功能。希望本文能为电子工程师在使用LMH6586进行设计时提供一些有用的参考。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。