探索LMH6586：32x16視頻交叉點(diǎn)開關(guān)的卓越性能與應(yīng)用

在當(dāng)今的視頻處理領(lǐng)域，高性能的視頻交叉點(diǎn)開關(guān)至關(guān)重要。TI的LMH6586作為一款32x16視頻交叉點(diǎn)開關(guān)，憑借其出色的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款器件。

文件下載：lmh6586.pdf

一、LMH6586的關(guān)鍵特性

1. 輸入輸出配置

LMH6586擁有32個(gè)輸入和16個(gè)輸出，能夠滿足多種復(fù)雜的視頻路由需求。其輸入采用交流耦合，并集成了直流恢復(fù)鉗位電路，可有效處理交流耦合的視頻信號(hào)。每個(gè)輸出都可單獨(dú)尋址，并且輸出緩沖增益可通過引腳選擇為1V/V或2V/V，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

2. 出色的電氣性能

• 帶寬：-3dB帶寬達(dá)到66MHz，能夠處理高頻視頻信號(hào)，保證視頻的清晰傳輸。
• 增益和相位誤差：在(R{L}=150 Omega) 、(A{V}=2 V / V)的條件下，差分增益（DG）僅為0.05%，差分相位（DP）為0.05°，確保了視頻信號(hào)的高質(zhì)量還原。
• 隔離度：在6MHz時(shí)，關(guān)斷隔離度達(dá)到-70dB，有效減少了通道間的干擾。

3. 豐富的檢測(cè)功能

• 視頻檢測(cè)：具有可編程閾值的視頻檢測(cè)功能，可配置為檢測(cè)視頻的存在或丟失。通過編程寄存器0x1D，可設(shè)置32個(gè)輸入通道的通用視頻閾值電壓。
• 同步檢測(cè)：同步檢測(cè)功能可通過引腳配置閾值，當(dāng)輸入的負(fù)向同步脈沖未低于閾值水平時(shí)，可指示“同步丟失”。

4. 靈活的控制接口

采用100kHz的I2C接口，并且從設(shè)備地址可通過2位進(jìn)行配置，最多可在一個(gè)公共I2C總線上連接四個(gè)具有唯一地址的LMH6586設(shè)備，方便實(shí)現(xiàn)矩陣擴(kuò)展。

5. 低功耗設(shè)計(jì)

支持單個(gè)5V電源供電，具有輸入和輸出的單獨(dú)關(guān)斷模式以及設(shè)備掉電模式，可有效降低功耗。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

LMH6586主要應(yīng)用于CCTV安全和監(jiān)控系統(tǒng)的模擬視頻路由。在這些系統(tǒng)中，需要對(duì)多個(gè)視頻源進(jìn)行靈活的切換和分配，LMH6586的非阻塞架構(gòu)能夠滿足任意輸入與任意輸出的連接需求，確保視頻信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。

三、功能詳解

1. 輸出緩沖增益

輸出緩沖增益可通過GAIN_SEL輸入（引腳61）進(jìn)行選擇。當(dāng)該引腳置低時(shí)，輸出通道0 - 15的增益為1X；置高時(shí)，增益為2X。而輸出通道16具有固定的1X增益，用于驅(qū)動(dòng)外部同步分離器。

2. 視頻檢測(cè)

視頻檢測(cè)可配置為檢測(cè)視頻信號(hào)是否高于或低于閾值水平。通過編程寄存器0x1D的三個(gè)LSB（位2:0），可在直流恢復(fù)輸入的同步尖端電平之上以95mV的步長設(shè)置閾值。為避免高頻圖像內(nèi)容的誤觸發(fā)，檢測(cè)電路會(huì)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波。

3. 同步檢測(cè)

同步檢測(cè)電路可檢測(cè)輸入的負(fù)向同步脈沖是否低于閾值水平。同步閾值電壓由VREF_SYNC輸入（引腳65）的偏置電壓定義，推薦電壓為350mV。

4. 檢測(cè)標(biāo)志輸出

FLAG輸出（引腳75）可根據(jù)用戶定義的視頻和同步檢測(cè)狀態(tài)位的使能設(shè)置，在視頻檢測(cè)或同步檢測(cè)觸發(fā)時(shí)置高。通過編程寄存器0x10 - 0x13和0x14 - 0x17，可分別設(shè)置視頻和同步檢測(cè)的使能位。

5. 開關(guān)矩陣

LMH6586采用512個(gè)CMOS模擬開關(guān)構(gòu)成32 x 16的交叉點(diǎn)開關(guān)，通過I2C總線接口進(jìn)行編程配置，實(shí)現(xiàn)非阻塞的信號(hào)路由。

6. 直流恢復(fù)

每個(gè)輸入都有專用的直流恢復(fù)鉗位電路，允許使用0.1μF的耦合電容進(jìn)行交流耦合輸入操作，確保視頻信號(hào)在放大器的工作范圍內(nèi)。

7. 輸入輸出特性

• 輸入：32個(gè)輸入可接受標(biāo)準(zhǔn)NTSC或PAL復(fù)合視頻信號(hào)，通過0.1μF的耦合電容進(jìn)行交流耦合。輸入緩沖器提供高輸入阻抗，可單獨(dú)關(guān)斷以降低功耗和串?dāng)_。
• 輸出：16個(gè)視頻輸出通過可編程的1X或2X增益輸出緩沖器進(jìn)行緩沖，能夠驅(qū)動(dòng)150Ω的負(fù)載。輸出可單獨(dú)關(guān)斷，并且在擴(kuò)展矩陣陣列大小時(shí)，可將多個(gè)輸出連接在一起，但需注意避免短路。

四、設(shè)計(jì)考慮

1. 輸入擴(kuò)展

LMH6586可用于創(chuàng)建更大的開關(guān)矩陣。通過將多個(gè)設(shè)備的輸入并聯(lián)、輸出進(jìn)行線或連接，可實(shí)現(xiàn)如128 x 16的非阻塞矩陣。但在使用時(shí)，需確保只有一個(gè)輸出處于活動(dòng)狀態(tài)，其他輸出應(yīng)置于關(guān)斷模式。

2. 驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載

當(dāng)多個(gè)輸出連接在一起時(shí)，輸出緩沖器會(huì)面臨容性負(fù)載。為防止交流響應(yīng)下降，可減少輸出的線或連接數(shù)量，或在輸出與容性負(fù)載之間串聯(lián)電阻。同時(shí)，可通過設(shè)計(jì)具有電感的PCB走線或添加小值電感來改善高頻性能。

3. 熱管理

LMH6586在5V電源下工作，負(fù)載電流約為300mA，功耗約為1.75W。此外，每個(gè)連接到輸出的等效視頻負(fù)載（150Ω）需預(yù)算30mW的功耗。為確保安全運(yùn)行，需根據(jù)最大功耗計(jì)算所需的熱阻(theta_{JA}) ，并選擇合適的散熱措施。

4. 外部電阻

REXT外部電阻（引腳67）用于建立內(nèi)部偏置電流和精確的參考電壓，建議使用10kΩ 1%的精密電阻，以確保在寬溫度范圍內(nèi)的正常運(yùn)行。

5. I2C接口

通過I2C接口，微控制器可對(duì)LMH6586進(jìn)行配置。I2C協(xié)議的起始條件為SDA在SCL為高電平時(shí)被拉低，隨后發(fā)送從設(shè)備地址和讀寫位。通過ADDR[1]和ADDR[0]引腳可配置7位從設(shè)備地址的最低兩位，最多可在一個(gè)公共I2C總線上連接四個(gè)具有唯一地址的設(shè)備。

五、寄存器配置

LMH6586的寄存器用于控制視頻和同步檢測(cè)、輸入輸出關(guān)斷、視頻輸入選擇等功能。以下是一些重要寄存器的介紹：

• 視頻和同步檢測(cè)狀態(tài)寄存器（0x00 - 0x07）：只讀寄存器，包含32個(gè)輸入通道的同步和視頻檢測(cè)狀態(tài)位。
• 視頻和同步檢測(cè)控制寄存器：包括視頻檢測(cè)反轉(zhuǎn)寄存器（0x0C - 0x0F）、視頻和同步檢測(cè)使能寄存器（0x10 - 0x17）以及視頻檢測(cè)閾值控制寄存器（0x1D）。
• 輸入和輸出關(guān)斷寄存器（0x18 - 0x1B和0x1E - 0x1F）：用于控制輸入和輸出通道的關(guān)斷狀態(tài)。
• 視頻輸入選擇寄存器（0x20 - 0x30）：用于控制交叉點(diǎn)開關(guān)的路由，每個(gè)輸出都有一個(gè)專用的輸入選擇寄存器。

六、總結(jié)

LMH6586作為一款高性能的32x16視頻交叉點(diǎn)開關(guān)，具有豐富的功能和出色的電氣性能。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分考慮其輸入輸出特性、檢測(cè)功能、開關(guān)矩陣配置以及熱管理等方面，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，通過合理利用其寄存器配置，可實(shí)現(xiàn)靈活的視頻路由和檢測(cè)功能。希望本文能為電子工程師在使用LMH6586進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供一些有用的參考。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。