可用于汽車娛樂和導(dǎo)航系統(tǒng)的3G-SDI解決方案

SDI 是串行數(shù)字接口，被用來傳送無壓縮的數(shù)字視頻信號(hào)。在上世紀(jì)80年代，SDI得到了快速發(fā)展并對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)作出了定義。3G-SDI中的3G是指SDI信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率為3Gbit每秒。由于HDTV可以支持每秒30幀的逐行掃描1920×1080的分辨率格式，而3G能夠支持比HD視頻信號(hào)最高幀掃描頻率高一倍的頻率，即3G可以支持每秒60幀的HD信號(hào)，這在觀看動(dòng)態(tài)視頻時(shí)的差別是很大的。

　　SMPTE424M定義了3G-SDI的物理層及這類電信號(hào)的特征性能。傳送的信號(hào)應(yīng)該有800mV的電壓擺幅，上升和下降時(shí)間必須小于135ps，允許有一些過沖的存在，但不可以超過10%，即 80mV。在SMPTERP184中規(guī)定了時(shí)鐘抖動(dòng)和調(diào)整抖動(dòng)的定義，它們需要的抖動(dòng)參數(shù)分別小于2UI和0.2UI，調(diào)整抖動(dòng)參數(shù)實(shí)際上要求是 0.3UI，但是SMPTE強(qiáng)烈推薦使用0.2UI的參數(shù)要求，因此本文將使用0.2UI的參數(shù)要求。接收器中，在10Hz到297MHz的頻帶內(nèi)，輸入抖動(dòng)容限，從2UI到0.2UI。發(fā)送器的輸出與接收器的輸入都應(yīng)該被優(yōu)化以保證回波損耗。

　　在發(fā)送器中，大部分抖動(dòng)來自于串行器，電纜驅(qū)動(dòng)器也會(huì)增加一些抖動(dòng)。圖1所示為目前正在使用的發(fā)送器的典型框圖，它可以工作到HD、SDI，但是它不支持3G-SDI。由于20位的數(shù)字視頻總線已經(jīng)在HD中制造了EMI問題，而在3G中該時(shí)鐘頻率加倍，因此EMI問題在3G中將更加嚴(yán)重。此外，PCB的布線也不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，工程師將要面對(duì)在 148.5MHz工作下的20條印制線。FPGA產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)也包含很多抖動(dòng)，因此這些時(shí)鐘是不適合直接用于串行器的，由于會(huì)增加串行器的輸出抖動(dòng)，從而需要加入抖動(dòng)消除電路或Genlock電路以消除抖動(dòng)。此外，有一些串行器也要求一個(gè)干凈的本地時(shí)鐘，這些抖動(dòng)和本地時(shí)鐘不僅增加了系統(tǒng)成本，也占用了 PCB的面積。最后，串行器是一個(gè)模擬信號(hào)器件，包含了數(shù)字處理單元以及模擬串行單元，因此產(chǎn)生低抖動(dòng)的模擬數(shù)字信號(hào)很困難。以HD信號(hào)為例，最小可以實(shí)現(xiàn)的輸出抖動(dòng)大約為115ps或0.17UI，因此如果要支持3G，必須要采用全新的結(jié)構(gòu)。

　　NS的SDI串行器和解串器產(chǎn)品創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)為SDI-3G提供了低輻射、低成本、低抖動(dòng)和高性能的解決方案，在FPGA和串行器或解串器之間采用了 LVDS技術(shù)，從而去除了TTL連接。由于LVDS具有非常低的EMI輻射和功率損耗，因此非常適合應(yīng)用在手持產(chǎn)品中。另外，PCB的印刷線也從20根減少到10根，使得PCB的設(shè)計(jì)更加容易。由于芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了高性能PLL鎖相環(huán)，不再需要外置本地時(shí)鐘及抖動(dòng)消除電路，因此系統(tǒng)成本得到了明顯的降低，同時(shí)節(jié)約了電路板的面積。因?yàn)镕PGA已經(jīng)存在于系統(tǒng)中，不需要額外的費(fèi)用，因此大部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理工作可以由FPGA完成，如CRC及行號(hào)插入、光柵、 ANC和EDH插入等。事實(shí)上，由于最困難的串行工作現(xiàn)在已經(jīng)由串行器來完成了，因此可以降低FPGA的等級(jí)。這種串行由于采用了優(yōu)秀的模擬技術(shù)工藝和高精度的鎖相環(huán)，因此可以提高解串器的抖動(dòng)容限，最低可以達(dá)到0.6UI。和串行器類似，我們?cè)诮獯髦幸部梢约深愃频沫h(huán)路，它可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和減小空間，所以這樣的解串器不需要本地的時(shí)鐘，它是一個(gè)微小空間的7×7毫米的LLP封裝，如圖2所示。

　　當(dāng)信號(hào)從一種介質(zhì)傳送到另外一種新的介質(zhì)時(shí)，一部分信號(hào)將會(huì)被反射，剩余的信號(hào)將穿過這個(gè)介質(zhì)。聲光和電磁波都有類似的特性，這是因?yàn)楫?dāng)介質(zhì)改變時(shí)介質(zhì)的密度和特性會(huì)發(fā)生變化。在傳輸線的原理中，印制電路線的寬度和其特性阻抗成正比，所以信號(hào)在兩個(gè)不同阻抗的印制電路線間傳輸時(shí)反射就會(huì)發(fā)生，反射的發(fā)生會(huì)減小信號(hào)的能量，影響接收器的處理，同時(shí)信噪比也會(huì)減小。另外當(dāng)信號(hào)朝著源的方向被反射回來時(shí)，它會(huì)和原始的信號(hào)相混合疊加，降低信號(hào)的完整性，如圖3所示。

　　回送損耗可以用來衡量?jī)煞N阻抗匹配的優(yōu)劣。通常的BNC連接器、電路板走線、電纜驅(qū)動(dòng)器，輸出阻抗或均衡器的阻抗都各不相同，所以在實(shí)際的應(yīng)用中需要考慮SMPTE嚴(yán)格的回送損耗指標(biāo)要求?；芈窊p耗是和頻率相關(guān)的參數(shù)，當(dāng)頻率升高時(shí)，寄生電容和電感變得更加的明顯，它會(huì)使回路損耗變差。NS的SDI 系列產(chǎn)品都有很好的輸入輸出回路損耗特性，只需要使用一個(gè)簡(jiǎn)單的小網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)和BNC連接器的匹配。最普通的網(wǎng)絡(luò)可以通過將一個(gè)小小的電感和一個(gè) 75Ω的電阻并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)在直流特性時(shí)應(yīng)該看起來象一個(gè)短路線，允許由終端電阻來提供傳輸線阻抗；在很高的工作頻率條件下寄生電容的阻抗值將會(huì)占主要的部分，這時(shí)回路損耗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以提供75Ω的阻抗作為終端電阻，如圖4。