深入解析CLC020：SMPTE 259M数字视频序列化器

在数字视频处理领域，高效且可靠的序列化器是不可或缺的关键组件。今天，我们就来详细探讨德州仪器（TI）推出的CLC020 SMPTE 259M数字视频序列化器，看看它在视频信号处理方面有哪些出色的表现。

文件下载：SD020EVK.pdf

一、产品概述

CLC020是一款单芯片集成电路，它能够对符合SMPTE 125M、SMPTE 267M分量视频和SMPTE 244M复合视频标准的位并行数字数据进行编码、序列化和传输。同时，它也能处理其他8位或10位的并行数据，数据速率范围从低于100 Mbps到超过400 Mbps。该序列化器的串行数据时钟频率是内部生成的，无需外部频率设置组件、微调或滤波。

二、产品特性

2.1 标准兼容性

CLC020完全符合SMPTE 259M串行数字视频标准，支持所有NTSC和PAL标准的分量和复合串行视频数据速率，这使得它在不同的视频系统中都能有出色的表现。

2.2 无需外部设置

它不需要外部串行数据速率设置或VCO滤波组件，大大简化了设计过程，减少了外部元件的使用。

2.3 内置测试功能

具有内置自测试（BIST）和视频测试图案生成器（TPG），TPG有16种内部图案，可用于全面测试设备的功能，确保设备的可靠性。

2.4 接口兼容性

HCMOS/TTL兼容的数据和控制输入输出，以及75Ω ECL兼容的差分串行电缆驱动器输出，方便与各种设备进行连接。

2.5 快速锁定和低功耗

VCO锁定时间小于75 µs，能够快速稳定地工作。同时，典型功耗仅为235 mW，具有良好的节能性能。

2.6 封装和温度范围

采用28引脚PLCC封装，适用于商业温度范围0°C到 +70°C，具有较好的稳定性和适用性。

三、应用领域

3.1 SMPTE 259M接口应用

可用于视频摄像机、VTRs、电视电影机、视频测试图案生成器和数字视频测试设备等，实现并行到串行的数字视频接口转换。

3.2 非SMPTE视频应用

也可应用于其他高数据速率的并行/串行视频和数据系统，具有广泛的适用性。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保设备的安全运行至关重要。例如，电源电压（VDD - VSS）最大为6.0V，CMOS/TTL输入电压范围为 -0.5V到 (VDD + 0.5V) 等。在设计电路时，必须严格遵守这些参数，避免设备损坏。

4.2 推荐工作条件

推荐的电源电压为5.0V ±10%，PCLK频率范围为10到40MHz，占空比为45到55%等。在这些条件下工作，设备能够达到最佳性能。

4.3 DC和AC电气特性

DC电气特性包括输入输出电压、电流等参数，AC电气特性则涉及串行数据速率、时钟频率、上升下降时间、抖动等。这些参数对于评估设备在不同工作状态下的性能非常重要。例如，串行数据速率范围为100到400 Mbps，串行输出抖动在270 Mbps时典型值为220 ps P - P。

五、工作原理

5.1 视频数据处理电路

输入数据寄存器接受8或10位并行数据和时钟信号，将8位数据转换为10位表示。同步检测器检测同步字，为SMPTE多项式生成器提供控制信号。SMPTE多项式生成器使用 (X^{9}+X^{4}+1) 多项式对数据进行编码，然后通过NRZ - NRZI转换器将数据转换为NRZI格式，最后由输出驱动放大器输出。

5.2 锁相环和VCO

锁相环（PLL）系统以并行数据时钟频率的10倍生成输出串行数据时钟，包括VCO、分频链、相位频率检测器和内部环路滤波器。VCO的自由运行频率是内部设置的，PLL能自动根据并行数据时钟频率生成合适的串行时钟频率。

5.3 锁定检测

相位频率检测器的锁定检测输出指示PLL的锁定状态，高电平表示锁定，可用于驱动其他CMOS设备或LED指示灯。

5.4 串行数据输出缓冲器

电流模式串行数据输出提供低偏斜的互补或差分信号，可驱动75Ω同轴电缆或10k/100k ECL/PECL兼容设备。输出电平由连接到引脚19的 (R_{REF}) 值控制，通常为1.69 kΩ，±1%。

5.5 上电复位

CLC020具有内部控制的自动上电复位电路，在上电时清除TRS检测电路、所有锁存器、寄存器、计数器和多项式生成器，并禁用串行输出。建议在电源达到 (V{DD} min) 至少30 µs后再施加 (P{CLK}) 。

5.6 内置自测试（BIST）和测试图案生成器（TPG）

BIST可对设备进行全面的通过/不通过测试，使用全场彩条（NTSC）或PLL病理（PAL）作为测试数据模式。TPG可生成四种全场分量视频测试图案，适用于NTSC和PAL标准以及4x3和16x9光栅尺寸。

六、应用信息

6.1 典型应用电路

提供了典型应用电路，展示了CLC020的功能，并可通过SD020EVK评估板进行各种配置的评估。在设计应用电路时，需要注意不同的输入输出驱动和加载选项，如电阻的选择和连接方式。

6.2 抖动测量

抖动测量采用基于SMPTE RP 192 - 1996的方法，使用标准视频测试设备进行FFT测量。为了获得CLC020的实际残余抖动，需要对测量结果进行平方根调整，以补偿测量系统的抖动本底。

6.3 PCB布局和电源系统旁路建议

PCB布局应提供无噪声的电源，分离高频或高电平输入输出，减少杂散噪声拾取、反馈和干扰。使用薄介质提高电源系统的固有电容，外部旁路电容应包括RF陶瓷和钽电解电容。在噪声较大的电源环境中，可对VCO和输出驱动器的电源引脚进行单独滤波。

6.4 替换Gennum GS9022

CLC020与Gennum GS9022在外形、功能上兼容，可使用现有PCB布局进行升级。在替换时，需要移除或更改某些组件，如外部VCO滤波组件、 (C_{OSC}) 电容、输入串联电阻等。

七、总结

CLC020作为一款高性能的SMPTE 259M数字视频序列化器，具有多种出色的特性和功能，适用于各种数字视频处理应用。在设计过程中，需要充分了解其电气特性、工作原理和应用要求，合理进行电路设计和PCB布局，以确保设备的性能和可靠性。同时，其与Gennum GS9022的兼容性也为现有系统的升级提供了便利。你在实际应用中是否遇到过类似的数字视频序列化器？你认为CLC020在哪些方面还可以进一步改进？欢迎在评论区分享你的观点。