LMH1218：低功耗超高清電纜驅(qū)動器與集成式重定時器的技術(shù)解析

一、引言

在當(dāng)今超高清視頻飛速發(fā)展的時代，對于能夠支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊曨l電纜驅(qū)動器和重定時器的需求也日益增長。LMH1218作為一款低功耗超高清電纜驅(qū)動器與集成式重定時器，為4K/8K等超高清視頻應(yīng)用提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。本文將深入探討LMH1218的各項(xiàng)特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、LMH1218概述

2.1 基本功能

LMH1218是一款多速率串行數(shù)字視頻數(shù)據(jù)電纜驅(qū)動器，集成了重定時器，可對符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)、提議的ST - 2081/2以及10GbE規(guī)范的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡、重定時和驅(qū)動。它支持高達(dá)11.88 Gbps的數(shù)據(jù)速率，能滿足超高清視頻在4K/8K應(yīng)用中的需求。該芯片為2輸入、2輸出的單核心芯片，可實(shí)現(xiàn)1:2扇出或2:1多路復(fù)用操作。

2.2 支持標(biāo)準(zhǔn)

支持ST - 2082（提議）、ST - 2081（提議）、SMPTE 424M、344M、292M、259M、DVB - ASI、SFF - 8431（SFP +）和10GbE以太網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)，具有廣泛的兼容性。

三、關(guān)鍵特性分析

3.1 信號檢測與處理

• 信號檢測：支持兩個高速差分輸入端口，內(nèi)部有100 - Ω端接電阻，輸入需交流耦合。信號檢測電路可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的幅度進(jìn)行判斷，每個輸入的信號檢測閾值可獨(dú)立設(shè)置。
• 連續(xù)時間線性均衡器（CTLE）：CTLE是接收端均衡的關(guān)鍵部分，可補(bǔ)償傳輸介質(zhì)帶來的頻率相關(guān)損耗。它由4級組成，每級有兩個增益控制位，共有256種不同的增益設(shè)置，能補(bǔ)償高達(dá)27 dB在6 GHz的損耗。

3.2 時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）

• 工作原理：默認(rèn)情況下，經(jīng)過均衡的數(shù)據(jù)會輸入到CDR進(jìn)行時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)。CDR由無參考的相位頻率檢測器（PFD）、電荷泵（CP）、壓控振蕩器（VCO）和輸出數(shù)據(jù)多路復(fù)用器（Mux）組成。
• 支持?jǐn)?shù)據(jù)速率：支持11.88 Gbps、5.94 Gbps、2.97 Gbps、1.485 Gbps、270 Mbps以及10.3125 Gbps等數(shù)據(jù)速率，在125 Mbps和1.25 Gbps時處于CDR旁路模式。

3.3 眼圖監(jiān)測器（EOM）

• 功能用途：芯片內(nèi)置眼圖監(jiān)測器（EOM），可用于分析、監(jiān)測和診斷鏈路性能。它在數(shù)據(jù)重定時之前對均衡后的波形進(jìn)行監(jiān)測，適用于1.485 Gbps及以上的數(shù)據(jù)速率。
• 測量參數(shù)：可測量水平眼圖開口（HEO）和垂直眼圖開口（VEO），HEO表示均衡后眼圖在0 - V差分幅度處的寬度，VEO表示眼圖的高度。

3.4 配置模式

• SPI和SMBus接口：可通過SPI或SMBus接口對芯片進(jìn)行編程配置。MODE_SEL引腳可配置芯片工作在SPI模式或SMBus模式，不同模式下各引腳的功能有所不同。
• 控制引腳功能：ENABLE引腳用于控制芯片的電源狀態(tài)，LOS_INT_N引腳可配置為中斷輸出，LOCK引腳指示CDR的鎖定狀態(tài)。

四、應(yīng)用場景與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 應(yīng)用場景

• 視頻處理設(shè)備：適用于UHDTV/4K/8K/HDTV/SDTV視頻、數(shù)字視頻路由器和交換機(jī)、數(shù)字視頻處理和編輯等設(shè)備。
• 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：可用于DVB - ASI和分配放大器以及10GbE for SMPTE 2022 - 5/6等數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 電源設(shè)計(jì)：電源應(yīng)滿足推薦的工作條件，包括直流電壓、交流噪聲和啟動斜坡時間?？筛鶕?jù)數(shù)據(jù)手冊中的典型功耗計(jì)算最大電流消耗，只需標(biāo)準(zhǔn)的電源去耦。
• 布局設(shè)計(jì)：
  • 設(shè)定走線阻抗為75 - Ω± 5%單端、100 - Ω± 5%差分。
  • 保持75 - Ω單端走線和100 - Ω差分走線有相同的信號參考平面。
  • 使用小尺寸的表面貼裝元件。
  • 采用實(shí)心平面，在元件焊盤下提供GND或VDD relief以減少寄生電容。
  • 選擇合適的走線寬度以減少信號路徑上的阻抗不匹配。
  • 選擇支持75 - Ω或50 - Ω單端走線、100 - Ω耦合差分走線的電路板疊層。
  • 使用表面貼裝陶瓷電容。
  • 將BNC組件放置在距離LMH1218設(shè)備1英寸以內(nèi)。
  • 保持互補(bǔ)信號的對稱性。
  • 均勻布線100 - Ω走線，避免尖銳彎曲，使用45度或徑向彎曲。
  • 沿著信號路徑檢查幾何形狀變化并估計(jì)阻抗變化。
  • 設(shè)計(jì)良好的連接器焊盤以保持75 - Ω阻抗。
  • 可使用3 - D仿真工具指導(dǎo)布局決策。
  • 為VDD和接地連接使用最短路徑，通過過孔連接引腳和平面以減少或消除走線。
  • 當(dāng)高速走線換層時，至少提供2個回流過孔以改善電流回流路徑。

五、總結(jié)

LMH1218作為一款功能強(qiáng)大的低功耗超高清電纜驅(qū)動器與集成式重定時器，憑借其廣泛的標(biāo)準(zhǔn)支持、高效的信號處理能力和靈活的配置方式，在超高清視頻和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮電源和布局等方面的要點(diǎn)，以確保芯片性能的充分發(fā)揮。希望本文對大家在使用LMH1218進(jìn)行設(shè)計(jì)時有所幫助，你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。