LMH0376：3Gbps HD/SD SDI低功耗重定時(shí)器深度解析

在當(dāng)今高速發(fā)展的電子領(lǐng)域，對(duì)于高清視頻傳輸和處理的需求與日俱增。德州儀器（TI）的LMH0376 3Gbps HD/SD SDI低功耗重定時(shí)器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了廣播視頻路由器、切換器和分配放大器等應(yīng)用中的理想選擇。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款芯片。

文件下載：lmh0376.pdf

芯片概述

LMH0376是一款符合SMPTE ST 424、SMPTE ST 292和SMPTE ST 259 - C標(biāo)準(zhǔn)的多速率重定時(shí)器，支持125 Mbps、270 Mbps、1.4835 Gbps、1.485 Gbps、2.967 Gbps和2.97 Gbps的串行數(shù)據(jù)速率操作。它不僅能恢復(fù)串行時(shí)鐘并對(duì)串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行重定時(shí)以抑制累積抖動(dòng)，還集成了眼圖監(jiān)測(cè)器和4:1輸入多路復(fù)用器，為視頻信號(hào)處理提供了強(qiáng)大的支持。

芯片特性

數(shù)據(jù)速率與標(biāo)準(zhǔn)兼容性

支持多種串行數(shù)據(jù)速率，涵蓋了從SD到HD再到3G的廣泛范圍，同時(shí)兼容SMPTE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保了在不同視頻系統(tǒng)中的通用性。此外，它還支持270 Mbps的DVB - ASI和125 Mbps的MADI。

低功耗設(shè)計(jì)

典型功耗僅為100 mW，即使兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器都啟用，功耗也只有145 mW。這種低功耗特性使得LMH0376在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備中能夠有效降低能耗，減少散熱問(wèn)題。

集成功能

• 4:1輸入多路復(fù)用器：集成了4:1輸入多路復(fù)用器，每個(gè)通道都有0 - 60” FR4均衡器和獨(dú)立的信號(hào)檢測(cè)功能。這使得用戶(hù)可以方便地選擇不同的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)均衡器能夠補(bǔ)償長(zhǎng)距離傳輸帶來(lái)的信號(hào)損耗。
• 眼圖監(jiān)測(cè)器：提供64 x 64點(diǎn)的眼圖監(jiān)測(cè)器，可用于分析輸入信號(hào)的眼圖質(zhì)量。這對(duì)于評(píng)估信號(hào)的完整性和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)非常有幫助。

輸出特性

• 雙差分輸出：具有兩個(gè)差分重定時(shí)輸出，還可選擇輸出恢復(fù)的時(shí)鐘信號(hào)。
• 去加重功能：輸出去加重功能可補(bǔ)償長(zhǎng)達(dá)40”的FR4走線損耗，確保信號(hào)在傳輸過(guò)程中的質(zhì)量。

其他特性

• 工作模式靈活：支持27 MHz外部參考或無(wú)參考操作模式。
• 內(nèi)部終端：內(nèi)部終端100Ω輸入和LVDS輸出，輸入具有軌到軌輸入共模電壓，輸出的共模電壓和擺幅可編程。
• 電源管理：采用單2.5V電源供電，具備電源節(jié)省模式和設(shè)備電源關(guān)斷控制功能。
• 封裝與兼容性：采用48 - Pin WQFN封裝（7 x 7 mm），工業(yè)溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，并且在引腳模式下與LMH0356引腳兼容。

工作模式

LMH0376有引腳模式（SPI_EN = 0）和SPI模式（SPI_EN = 1）兩種工作模式。

引腳模式

在引腳模式下，芯片的功能由控制引腳控制，并且與LMH0356重定時(shí)器引腳兼容。這種模式適合對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行升級(jí)或與已有的硬件進(jìn)行集成。

SPI模式

SPI模式允許通過(guò)SPI寄存器訪問(wèn)來(lái)控制芯片的所有功能，提供了更多的控制選項(xiàng)，例如：

• 眼圖開(kāi)口監(jiān)測(cè)器的配置和數(shù)據(jù)讀取。
• 輸出驅(qū)動(dòng)器的幅度、共模電壓和去加重控制。
• 每個(gè)輸入通道的信號(hào)檢測(cè)。
• 對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行更精細(xì)的控制。
• 鎖定數(shù)據(jù)速率的詳細(xì)信息，能夠區(qū)分1.4835和1.485 Gbps，以及2.967和2.97 Gbps（在外部參考模式下）。
• 可以將設(shè)備引腳配置為GPIO，用于顯示輸入信號(hào)檢測(cè)狀態(tài)或鎖定數(shù)據(jù)速率等。
• 可以關(guān)閉未使用的功能以節(jié)省功耗。

關(guān)鍵功能模塊

串行數(shù)據(jù)輸入

芯片提供四個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)輸入（SDI0、SDI1、SDI2和SDI3），每個(gè)輸入都有100Ω差分內(nèi)部終端和獨(dú)立的信號(hào)檢測(cè)電路。信號(hào)檢測(cè)閾值可通過(guò)SPI寄存器進(jìn)行調(diào)整，并且每個(gè)輸入通道的信號(hào)檢測(cè)狀態(tài)可以通過(guò)GPIO引腳顯示。此外，輸入還支持0 - 60” FR4均衡，可通過(guò)SPI對(duì)均衡器進(jìn)行優(yōu)化。

輸入選擇

集成了4:1輸入多路復(fù)用器，允許連接多達(dá)四個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)流?？梢酝ㄟ^(guò)SEL0和SEL1引腳或SPI寄存器選擇活動(dòng)輸入通道。在SPI模式下，還可以獨(dú)立控制輸入選擇，包括選擇進(jìn)入眼圖監(jiān)測(cè)器和SDO1輸出旁路數(shù)據(jù)的輸入。

串行數(shù)據(jù)輸出

提供兩個(gè)內(nèi)部終端100Ω LVDS輸出（SDO0和SDO1），輸出信號(hào)可以是重定時(shí)數(shù)據(jù)、恢復(fù)的時(shí)鐘或旁路數(shù)據(jù)。輸出驅(qū)動(dòng)器的擺幅、偏移電壓、去加重水平和極性都可以通過(guò)SPI寄存器進(jìn)行調(diào)整，并且可以獨(dú)立關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器。

鎖定檢測(cè)與輸出靜音

• 鎖定檢測(cè)：通過(guò)LOCK_DETECT引腳或讀取寄存器可以監(jiān)測(cè)重定時(shí)器是否鎖定到輸入數(shù)據(jù)流。在旁路模式下，鎖定檢測(cè)不會(huì)觸發(fā)。
• 輸出靜音：可以將SDO0和SDO1輸出置于靜音狀態(tài)，在引腳模式下由MUTE引腳控制，在SPI模式下由寄存器控制。

數(shù)據(jù)速率選擇

可以通過(guò)RATE0和RATE1引腳或SPI寄存器選擇數(shù)據(jù)速率，支持自動(dòng)速率檢測(cè)或手動(dòng)選擇特定速率。在SPI模式下，可以通過(guò)寄存器覆蓋引腳的選擇。

外部時(shí)鐘參考或無(wú)參考模式

可以使用外部27 MHz晶體或時(shí)鐘信號(hào)作為定時(shí)參考輸入，也可以在無(wú)參考模式下工作。提供外部參考可以幫助芯片區(qū)分不同的數(shù)據(jù)速率。

眼圖監(jiān)測(cè)器

集成了眼圖監(jiān)測(cè)器，可用于分析輸入信號(hào)的眼圖質(zhì)量。有正常和快速兩種工作模式，并且可以快速檢測(cè)和報(bào)告水平和垂直眼圖開(kāi)口。在使用眼圖監(jiān)測(cè)器時(shí)，需要確保芯片鎖定到輸入數(shù)據(jù)速率，并且可以獨(dú)立選擇輸入信號(hào)和配置監(jiān)測(cè)模式。

SPI寄存器訪問(wèn)

在SPI模式下，LMH0376提供了超過(guò)50個(gè)可訪問(wèn)的寄存器，用于控制芯片的各種功能。每個(gè)SPI事務(wù)為16位長(zhǎng)，支持讀寫(xiě)操作。芯片還支持SPI菊花鏈操作，允許連接多個(gè)LMH0376設(shè)備。在進(jìn)行SPI操作時(shí)，需要注意保留寄存器值不要被更改，并且在芯片上電后等待500 ms以確保上電復(fù)位完成。

應(yīng)用建議

電源供應(yīng)

建議使用線性穩(wěn)壓器為L(zhǎng)MH0376供電，以減少開(kāi)關(guān)電源帶來(lái)的噪聲。如果使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，需要進(jìn)行充分的電源濾波。同時(shí)，要在每個(gè)電源引腳附近放置高頻陶瓷旁路電容和大容量電容，以提高電源的穩(wěn)定性。

環(huán)路濾波器

使用56 nF電容作為環(huán)路濾波器，連接在LF1和LF2引腳之間。在布局時(shí)，要盡量縮短環(huán)路濾波器的走線，避免使用過(guò)孔，并且增加濾波器與其他信號(hào)的隔離。

輸入接口

輸入信號(hào)的質(zhì)量對(duì)芯片的性能至關(guān)重要，要避免輸入信號(hào)出現(xiàn)過(guò)沖、下沖、振鈴或信號(hào)反射等問(wèn)題。在短走線驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)時(shí)，可以使用小值電阻和并聯(lián)電容來(lái)改善信號(hào)質(zhì)量。

與3.3V SPI接口

當(dāng)將LMH0376的SPI引腳與3.3V的SPI主機(jī)接口時(shí)，需要使用電壓分壓器或電平轉(zhuǎn)換器，以確保信號(hào)的兼容性。

總結(jié)

LMH0376以其豐富的功能、低功耗設(shè)計(jì)和靈活的工作模式，為高清視頻傳輸和處理提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。無(wú)論是在廣播視頻設(shè)備還是其他需要高速串行數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用中，LMH0376都能夠發(fā)揮出出色的性能。作為電子工程師，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮芯片的各種特性和應(yīng)用建議，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類(lèi)似芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。