可用于汽車(chē)娛樂(lè )和導航系統的3G-SDI解決方案

SDI 是串行數字接口，被用來(lái)傳送無(wú)壓縮的數字視頻信號。在上世紀80年代，SDI得到了快速發(fā)展并對其標準作出了定義。3G-SDI中的3G是指SDI信號的數據傳輸率為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，這在觀(guān)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(lèi)電信號的特征性能。傳送的信號應該有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(guò)沖的存在，但不可以超過(guò)10%，即 80mV。在SMPTERP184中規定了時(shí)鐘抖動(dòng)和調整抖動(dòng)的定義，它們需要的抖動(dòng)參數分別小于2UI和0.2UI，調整抖動(dòng)參數實(shí)際上要求是 0.3UI，但是SMPTE強烈推薦使用0.2UI的參數要求，因此本文將使用0.2UI的參數要求。接收器中，在10Hz到297MHz的頻帶內，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(lái)自于串行器，電纜驅動(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位的數字視頻總線(xiàn)已經(jīng)在HD中制造了EMI問(wèn)題，而在3G中該時(shí)鐘頻率加倍，因此EMI問(wèn)題在3G中將更加嚴重。此外，PCB的布線(xiàn)也不是一項簡(jiǎn)單的工作，工程師將要面對在 148.5MHz工作下的20條印制線(xiàn)。FPGA產(chǎn)生的時(shí)鐘信號也包含很多抖動(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)鐘不僅增加了系統成本，也占用了 PCB的面積。最后，串行器是一個(gè)模擬信號器件，包含了數字處理單元以及模擬串行單元，因此產(chǎn)生低抖動(dòng)的模擬數字信號很困難。以HD信號為例，最小可以實(shí)現的輸出抖動(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構。

　　NS的SDI串行器和解串器產(chǎn)品創(chuàng )新的結構為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，因此非常適合應用在手持產(chǎn)品中。另外，PCB的印刷線(xiàn)也從20根減少到10根，使得PCB的設計更加容易。由于芯片內部設計了高性能PLL鎖相環(huán)，不再需要外置本地時(shí)鐘及抖動(dòng)消除電路，因此系統成本得到了明顯的降低，同時(shí)節約了電路板的面積。因為FPGA已經(jīng)存在于系統中，不需要額外的費用，因此大部分數字信號處理工作可以由FPGA完成，如CRC及行號插入、光柵、 ANC和EDH插入等。事實(shí)上，由于最困難的串行工作現在已經(jīng)由串行器來(lái)完成了，因此可以降低FPGA的等級。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，最低可以達到0.6UI。和串行器類(lèi)似，我們在解串器中也可以集成類(lèi)似的環(huán)路，它可以簡(jiǎn)化設計和減小空間，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。

　　當信號從一種介質(zhì)傳送到另外一種新的介質(zhì)時(shí)，一部分信號將會(huì )被反射，剩余的信號將穿過(guò)這個(gè)介質(zhì)。聲光和電磁波都有類(lèi)似的特性，這是因為當介質(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(xiàn)的原理中，印制電路線(xiàn)的寬度和其特性阻抗成正比，所以信號在兩個(gè)不同阻抗的印制電路線(xiàn)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。另外當信號朝著(zhù)源的方向被反射回來(lái)時(shí)，它會(huì )和原始的信號相混合疊加，降低信號的完整性，如圖3所示。

　　回送損耗可以用來(lái)衡量?jì)煞N阻抗匹配的優(yōu)劣。通常的BNC連接器、電路板走線(xiàn)、電纜驅動(dòng)器，輸出阻抗或均衡器的阻抗都各不相同，所以在實(shí)際的應用中需要考慮SMPTE嚴格的回送損耗指標要求?；芈窊p耗是和頻率相關(guān)的參數，當頻率升高時(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)現和BNC連接器的匹配。最普通的網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)將一個(gè)小小的電感和一個(gè) 75Ω的電阻并聯(lián)來(lái)實(shí)現，這個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò )在直流特性時(shí)應該看起來(lái)象一個(gè)短路線(xiàn)，允許由終端電阻來(lái)提供傳輸線(xiàn)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)回路損耗補償網(wǎng)絡(luò )可以提供75Ω的阻抗作為終端電阻，如圖4。