SDALTEVK HSMC SDI 适配器板用户指南：从硬件到软件的全面解析

在电子工程领域，对于 Serial Digital Interface (SDI) 应用的评估和开发一直是重要的研究方向。SDALTEVK 评估套件为快速评估 LMH0340/0341 串行器和反串行器在 SDI 应用中的性能提供了有力支持。本文将深入介绍该评估套件的各个方面，包括概述、硬件和软件设置、硬件评估等内容。

文件下载：SDALTEVK/NOPB.pdf

一、概述

SDALTEVK 评估套件能够快速评估 LMH0340/0341 串行器和反串行器在 SDI 应用中的性能。板上还使用了其他国家半导体器件，如 LMH0344 电缆均衡器、LMH1981 多格式视频同步分离器等。示例固件支持标准定义 SMPTE 259M (SD - SDI) 接口、高清 SMPTE 292M (HD - SDI) 接口和 3G SMPTE 424M (3G - SDI) 接口，支持的视频标准涵盖了 SD、HD 和 3G 多种格式。用户界面可用于管理 FPGA 固件功能和 LMH0340/0341/1982 设备寄存器。

二、评估套件内容

套件包含部分

SDALTEVK HSMC SDI 适配器板，以及用于将 EVK 安装到 Cyclone III 开发板的螺丝、支座和垫片。

完成评估所需部分

1. Altera Cyclone III 开发套件（Altera 部件编号：DK - DEV - 3C120N）。
2. 国家半导体 SDI 编译的 .sof 文件，可从 http://www.national.com/sdaltevk 获取，支持多种模式，如三速率独立模式、三速率直通模式等。
3. Altera 编译的 .sof 文件，可从 ftp://ftp.altera.com/outgoing/National_SerDes/an535_1_0.zip 获取，支持三速率直通模式。
4. Quartus II 8.0 或更新版本，可从 http://www.altera.com/products/ 下载。
5. Nios II EDS 8.0，可从 http://www.altera.com/products/ 下载。
6. Cygwin，可从 http://www.cygwin.com/ 下载。
7. SDI 电缆和 PC。

三、硬件设置

整体连接

SDALTEVK 印刷电路板设计用于与 Cyclone III 开发板上的 HSMC 连接器接口。电源、控制总线和 LVDS 总线信号通过 HSMC 连接器提供给子板。Cyclone III FPGA 通过 USB 电缆为 PC 提供 SD/HD/3G SDI 和通用堆栈以及控制接口，该评估系统允许低成本 FPGA 在同轴电缆上实现高达 3 Gbps 的数据传输。

主电路板（Cyclone III 开发板）

1. FPGA功能：主电路板上有 Cyclone III FPGA，通过示例固件提供 SD/HD/3G SDI 和通用堆栈以及控制接口。
2. 连接方式：子板通过高速夹层连接器 (HSMC) J8 连接到主电路板，该连接器提供电源、控制总线和数据总线。主电路板通过 USB 电缆与 PC 通信。
3. 终端电阻：Altera Cyclone III 器件在接收 LVDS I/O 上没有内部终端，需要在 Cyclone III 板上添加终端电阻。11 个 0402 封装尺寸的 100 欧姆电阻需安装在主板底部，位于 FPGA 和 HSMC 端口 A 连接器之间。

SDALTEVK 板

1. 核心器件：HSMC SDI 适配器板具有 5:1 LMH0340 串行器 IC（带集成电缆驱动器）、1:5 LMH0341 反串行器 IC 和 LMH0344 自适应电缆均衡器 IC，支持 SD、HD 或 3G SDI 接口，可通过 BNC 连接器与板连接。
2. 时钟方案：板上的其他组件允许几种不同的时钟方案，由 DS90CP22 控制，用于将各种时钟源多路复用到 FPGA。
3. 电源供应：通过 HSMC 连接器从 Cyclone III 主板的两个独立电源轨为板提供电源。Powerwise® LM20242 可调频率同步降压稳压器使用主板的 12V 轨为评估卡提供 3.3V 电源，LP3878ADJ 低噪声稳压器使用主板的 3V 电源为评估卡提供 2.5V 电源。

四、软件设置

安装步骤

1. 确保 Altera 硬件未连接到 PC。
2. 对于 Windows XP 操作系统，需要安装 Quartus II 8.0 或更新版本以及 Nios II EDS 8.0 或更新版本。若已安装旧版本，需更新后再使用 SDALTEVK。
3. 为使用 Nios II 终端接口，需在 PC 上安装 Cygwin，并确保 “cygwin1.dll” 文件安装到指定路径。
4. 依次执行 Quartus II 8.0 和 Nios II EDS 8.0 的安装程序，按照提示完成安装。

启动操作

1. 确保所有软件安装完成，硬件通电并连接到 PC。
2. 运行 Quartus II，通过“Tools”菜单选择“Programmer”。
3. 在编程窗口中，点击“Hardware Setup…”按钮，选择 USB - Blaster 并关闭。使用“Add File…”按钮选择合适的位图像来编程 FPGA，确保“Program/Configure”框被选中，“Mode”菜单选择 JTAG，然后按“Start”按钮编程 FPGA。
4. 若需要使用终端接口进行评估，运行 Nios II 终端程序 “nios2 - terminal.exe”。

五、硬件评估

测试设置

1. 独立视频生成器测试：在独立模式下，通过将串行器输出 TX1 连接到反串行器输入 RX，反串行器的环回输出可连接到外部测试设备，如 WFM700 或示波器，以确定系统性能。
2. 锁相测试：选择锁相模式时，系统配置为使用模拟同步输入生成锁相视频。模拟参考信号通过 BNC 连接器 J2 应用到 EVK，若没有模拟参考，LMH1982 会自动切换到板载振荡器。
3. 视频直通测试：在直通模式下，EVK 使用 LMH0341 从 SDI 输入恢复的时钟作为参考时钟，视频数据通过 FPGA 路由到 LMH0340 进行传输。将源生成器连接到反串行器的 J13，将终端设备连接到串行器的 BNC 连接器 J8。

基于终端的 SD/HD/3G SDI 评估

终端主菜单提供多种选项，如 I2C 读写、寄存器读写、I2C 总线扫描等。不同模式下，系统有不同的操作方式，如独立模式下可选择视频格式，模拟同步 TPG 模式下使用模拟同步信号生成锁相视频等。

基于按钮的 SD/HD/3G SDI 评估

通过 Cyclone III 主板上的按钮可配置 EVK 进行评估，按钮界面可实现与终端界面相同的模式配置，但只有 Nios II 终端界面允许访问设备和 FPGA 寄存器。按钮菜单包括系统模式、数据路径菜单、视频格式菜单和频率菜单等。

六、FPGA 寄存器映射

FPGA 寄存器分为多个主要部分，包括杂项、复位、Rx 视频、数据路径、时钟和定时等。每个部分的寄存器具有不同的功能和位描述，可用于读取和控制相关状态。

七、支持的测试模式

SDI 固件在所有 SD、HD 和 3G 格式下提供多种测试模式，如 100% 彩条、频率扫描、矩阵病理、黑色、亮度斜坡等。

八、其他信息

文档资料

可在 EVK 网站上找到 SDALTEVK 的额外文档、原理图、BOM 表和数据手册，以及参考 FPGA IP 源代码和文档。

最新信息

可通过 http://www.national.com/sdaltevk 获取最新信息。

部件编号

Cyclone III 开发板的部件编号为 DK - DEV - 3C120N，LMH0340/LMH0341 评估套件为 SDALTEVK。

SDALTEVK 评估套件为 SDI 应用的开发和评估提供了一个全面的解决方案，通过合理的硬件和软件设置，以及多种测试模式，可以有效地评估 LMH0340/0341 串行器和反串行器的性能。电子工程师们在使用过程中，可根据实际需求选择合适的测试模式和配置，以满足不同的应用场景。你在实际使用 SDALTEVK 评估套件时，是否遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享。