深入剖析LMH0031：SMPTE 292M/259M数字视频解串器/解扰器

在数字视频处理领域，德州仪器（TI）的LMH0031 SMPTE 292M/259M数字视频解串器/解扰器是一款备受关注的产品。它具备诸多先进特性，能满足多种视频标准的处理需求。下面，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：LMH0031VS NOPB.pdf

产品概述

LMH0031是一款单片集成电路，主要用于将SMPTE 292M、1.485Gbps（或1.483Gbps）串行分量视频数据解串并解码为20位并行数据，同时还能处理SMPTE 259M、270Mbps、360Mbps以及SMPTE 344M（建议）540Mbps的串行分量视频数据，将其转换为10位并行数据。该芯片支持多种串行视频数据速率，包括270 Mbps、360 Mbps、540 Mbps、1.483 Gbps和1.485 Gbps，并具备自动检测功能。

主要特性

1. 视频标准兼容性

LMH0031符合SDTV/HDTV串行数字视频标准，能够适应不同的视频格式和数据速率。这使得它在各种视频设备中都能发挥重要作用，无论是视频编辑设备、VTRs，还是标准转换器、数字视频路由器和切换器等。

2. 数据处理能力

• LSB去抖动选项：芯片具备LSB去抖动功能，可有效处理经过LSB抖动处理的数据，提高数据的准确性和稳定性。
• 自动EDH/CRC字和标志处理：能够自动处理EDH和CRC字符，对数据进行错误检测和校验，确保视频数据的完整性。

3. 时钟和锁相环

• 快速VCO锁定时间：在1.485 Gbps的数据速率下，VCO锁定时间小于500 µs，能够快速稳定地恢复时钟和数据，提高系统的响应速度。
• 低功耗：典型功耗仅为850mW，在保证高性能的同时，降低了能源消耗。

4. 测试和配置功能

• 内置自测试（BIST）和视频测试图案发生器（TPG）：方便用户对芯片进行全面测试，确保设备的正常运行。
• 灵活的控制和配置I/O端口：用户可以通过该端口对芯片进行灵活的配置和控制，满足不同应用场景的需求。

工作原理

1. 视频数据路径

• 输入信号处理：串行数据输入（SDI）接受符合SMPTE标准的串行视频数据，支持ECL或LVDS信号电平，可单端或差分使用。输入信号可根据需要进行DC或AC耦合，同时通过参考偏置源（RREF）和输入偏置源（RBB）为输入信号提供偏置电压。
• 解扰和解码：SMPTE解扰器将NRZI串行数据转换为NRZ数据，然后根据相应标准将其解码为10位标准定义或20位高清并行视频数据。
• 数据处理和对齐：芯片对数据进行去抖动处理，并通过TRS字符检测器识别有效视频数据，实现数据的对齐和同步。同时，还会对TRS字符进行LSB裁剪，确保数据的准确性。
• 视频FIFO：处理后的并行数据会先进入可变深度的视频FIFO，用户可以通过设置VIDEO FIFO Depth[2:0]位来调整FIFO的深度，从而实现对并行视频数据输出时序或延迟的调整。

2. 辅助/控制数据路径

• 辅助数据恢复：LMH0031能够从串行数据流中恢复辅助数据，并将其存储在辅助数据FIFO中。辅助数据的提取和处理由控制寄存器中的ANC Mask和ANC ID位控制。
• 控制数据读写：控制数据通过辅助/控制数据端口（AD[9:0]）进行读写操作，用户可以通过设置RD/WR、ANC/CTRL和ACLK等信号来控制数据的流向。

3. 多功能I/O端口

多功能I/O端口可以直接访问芯片配置和控制寄存器中的许多控制和指示功能。用户可以通过8x6位寄存器组对端口进行配置，将端口位分配给不同的控制功能或指示信号，实现对芯片的实时监控和控制。

4. EDH/CRC系统

芯片具备EDH和CRC字符生成和检查电路，能够对输入数据进行错误检测和校验。EDH系统按照SMPTE推荐实践RP - 165工作，CRC系统按照SMPTE 292M标准工作。

5. 锁相环/时钟 - 数据恢复系统

PLL/CDR系统为LMH0031生成所有内部时序和数据速率时钟。通过过采样技术，从串行数据中提取时序信息，实现时钟和数据的同步。PLL由外部27MHz时钟信号或外部27MHz晶体和内部振荡器锁定，能够快速实现频率锁定和格式检测。

6. 测试图案发生器（TPG）和内置自测试（BIST）

• TPG功能：芯片内置并行视频测试图案发生器，提供四种测试图案类型，包括平场黑色、PLL病理、均衡器（EQ）病理和75%饱和度的8色垂直条图案。用户可以通过设置TEST 0寄存器来选择所需的测试图案。
• BIST功能：TPG还可作为内置自测试功能，对芯片进行全面的功能验证。测试结果通过TEST 0寄存器中的Pass/Fail位显示。

配置和控制寄存器

LMH0031的配置和控制寄存器存储了决定芯片工作模式的数据，许多寄存器可以通过多功能I/O总线进行外部访问。这些寄存器包括EDH和CRC操作、辅助数据操作、视频格式操作、测试图案选择等相关寄存器，用户可以根据实际需求对芯片进行灵活配置。

应用建议

1. PCB布局和电源旁路

在设计PCB时，应确保为芯片提供无噪声的电源。采用薄介质（4 - 10 mils）的电源/接地夹层，增加PCB电源系统的固有电容，提高电源滤波性能。同时，使用RF陶瓷和钽电解电容进行外部旁路，减少电源噪声对芯片的影响。

2. 输出数据完整性

为了减少同时输出切换对输出电平的影响，应注意PCB布局、电源引脚与电源平面的连接以及输出数据时钟的时序。确保电源引脚与电源和接地平面的连接具有低电感，采样或时钟数据的时间应充分利用并行输出数据间隔的稳态部分。

3. 处理非支持的光栅格式

尽管LMH0031不能完全自动处理所有新的光栅格式，但用户可以尝试通过配置芯片来处理这些格式。一般来说，将芯片配置为HD - ONLY模式，并加载相应的通用HD子格式代码。需要注意的是，处理非支持格式的结果不能保证，可能需要对输出数据进行后处理。

4. 使用外部VCXO作为VCLK

通过设置VIDEO CONTROL 0寄存器中的EXTERNAL VCLK位，用户可以使用外部VCXO代替内部生成的VCLK。此时，芯片会提供相位 - 频率检测和控制电压输出，需要外部环路滤波器和电压放大器来连接控制电压输出和VCXO频率控制输入。

总结

LMH0031是一款功能强大的数字视频解串器/解扰器，具备多种先进特性和灵活的配置选项。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择芯片的工作模式和配置参数，同时注意PCB布局、电源管理和数据完整性等方面的问题，以充分发挥芯片的性能。你在使用LMH0031的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。