TI SDI傳輸方案

由于SDI 的高清晰度、傳輸實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢，最初應用于專(zhuān)業(yè)視頻廣播領(lǐng)域，近年來(lái)正越來(lái)越多的被安防領(lǐng)域所采用。但由于SDI 的數據傳輸數據率高，存儲數據量大等特性，對部分原來(lái)采用IP 網(wǎng)絡(luò )高清監控方案的安防從業(yè)者而言，在設計、應用等方面還存在一定的難度。為了幫助讀者更全面地了解和設計SDI，本文介紹了如何選擇適當的SDI 信號鏈器件，如何設計高性能的SDI 信號鏈，介紹了均衡器、電纜驅動(dòng)器、重定時(shí)器的基本工作原理，PCB 布板和電源設計的建議以及TI 在SDI 領(lǐng)域的具體方案。

1. SDI 簡(jiǎn)介

SDI，串行數字接口，是用來(lái)傳輸標清、高清、3G 高清等無(wú)壓縮數字視頻信號的一個(gè)標準，當前最流行的SDI視頻格式如表1所示。由于SDI具有高清特性，時(shí)延小，還可以重復利用已布網(wǎng)的模擬視頻電纜等優(yōu)勢，正逐漸地被安防、監控等領(lǐng)域廣泛采用。目前市面上SDI相關(guān)設備主要是SDI延長(cháng)器、分配器、矩陣、多畫(huà)面分割、編解碼器、SDI光端機、DVR等。

相對于傳統的IP監控網(wǎng)絡(luò )，SDI的優(yōu)勢是非常明顯的：

另一方面，SDI也有缺點(diǎn)，比如現階段成本較高，數據存儲量大，遠距離傳輸設計難度較大等，但隨著(zhù)SDI被市場(chǎng)逐漸地廣泛采用，上述缺點(diǎn)都會(huì )逐漸弱化。

2. SDI 器件的工作原理及TI 相關(guān)產(chǎn)品簡(jiǎn)介

圖1 是一個(gè)典型的SDI 輸入、輸出和處理的應用框圖，TI 能夠提供相應的全套SDI 傳輸方案，它們分別是均衡器、線(xiàn)纜驅動(dòng)器、重定時(shí)器、交叉開(kāi)關(guān)矩陣、視頻時(shí)鐘、顯示驅動(dòng)、存儲驅動(dòng)和電源。

圖1 典型的SDI 應用

信號的高頻成分經(jīng)過(guò)PCB 走線(xiàn)或者電纜傳輸后相對于信號的低頻成分會(huì )被衰減得更多，此現象被稱(chēng)為趨膚效應，它會(huì )破壞高速信號的信號完整性，使其眼圖關(guān)閉并增加信號抖動(dòng)。為了補償趨膚效應，人們發(fā)明了均衡器、預加重器、去加重器來(lái)補償傳輸線(xiàn)頻率響應的不平坦性。圖2 是一種傳輸線(xiàn)和均衡器的頻率響應圖，傳輸線(xiàn)模型在高頻處會(huì )衰減得更多而均衡器在高頻處有更高增益，將均衡器的高頻增益設置成適當的值，傳輸線(xiàn)和均衡器串聯(lián)后會(huì )形成在全頻帶內大致平坦的頻率響應。

通常預加重器和去加重器用在高速數字信號傳輸的發(fā)射端，均衡器用在接收端，但在SDI 鏈路中只在接收端采用均衡器，且一般是自適應均衡器，而在發(fā)射端不采用預加重或去加重，因為SDI 設備間可能通過(guò)用戶(hù)定義的任意長(cháng)度的同軸電纜來(lái)連接，任意一個(gè)固定的均衡或者預/去加重值都無(wú)法靈活地滿(mǎn)足各種電纜長(cháng)度，且業(yè)內還沒(méi)有自適應的預加重器和去加重器。另外，SDI 設備必須即插即用，不允許客戶(hù)在應用現場(chǎng)手動(dòng)設置合適的均衡值來(lái)得到最佳的電纜傳輸特性。 因此只有自適應均衡器是理想方案，自適應均衡器可以自動(dòng)檢測信號質(zhì)量而相應的設置最佳的均衡值而得到最佳的傳輸通道頻率響應。

圖2 傳輸線(xiàn)和均衡器的頻率響應

圖3 是均衡器的使用效果圖，可以看出高速SDI 信號經(jīng)過(guò)一段電纜或者PCB 走線(xiàn)后眼圖和抖動(dòng)性能被均衡器顯著(zhù)改善

圖 3 均衡器的使用效果

TI 提供支持SD、HD、3G SDI 全系列的均衡器，如表2 所示。

表 2 均衡器

其中LMH0394 是一款極高性能的均衡器，它的競爭性分析如圖4 所示，傳輸距離很長(cháng)且功耗很低。

圖4 均衡器 LMH0394 競爭性分析

SDI 重定時(shí)器是用來(lái)自動(dòng)檢測輸入信號類(lèi)型，調整自身的PLL和CDR電路而恢復和整形出低抖動(dòng)的時(shí)鐘，再重新定時(shí)發(fā)送出接收到的SDI信號，以降低SDI信號的抖動(dòng)。雖然均衡器也可以降低SDI信號的抖動(dòng)，但它和重定時(shí)器是兩種完全不同的器件，兩者不可相互替代。均衡器的作用是通過(guò)增加高頻增益使傳輸通道頻率響應趨于平坦來(lái)改善眼圖和信號抖動(dòng)，而重定時(shí)器則是通過(guò)PLL和CDR來(lái)抑制和降低累加噪聲。如果SDI傳輸通道很長(cháng)或者傳輸過(guò)程中被其他噪聲和干擾惡化，僅有均衡器還不足以改善信號的質(zhì)量，此時(shí)在均衡器輸出端再串接一個(gè)重定時(shí)器是一個(gè)理想的提高SDI信號質(zhì)量的方案。圖5描述了重定時(shí)器的去抖效果，可見(jiàn)眼圖和抖動(dòng)被明顯改善。