基于BNC連接器的TI SDI傳輸方案
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2.2重定時(shí)器
SDI 重定時(shí)器是用來(lái)自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)類型，調(diào)整自身的PLL和CDR電路而恢復(fù)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(hào)，以降低SDI信號(hào)的抖動(dòng)。雖然均衡器也可以降低SDI信號(hào)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(yīng)趨于平坦來(lái)改善眼圖和信號(hào)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(zhǎng)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(hào)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(hào)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。
圖 5 重定時(shí)器使用效果
TI 重定時(shí)器產(chǎn)品系列如表3 所示。
表 3 重定時(shí)器系列
2.3線纜驅(qū)動(dòng)器
SDI 線纜驅(qū)動(dòng)器用來(lái)加強(qiáng)對(duì)線纜的驅(qū)動(dòng)能力，提供標(biāo)準(zhǔn)的800mV 峰峰值輸出電壓擺幅，沒(méi)有預(yù)加重和去加重功能。TI 的線纜驅(qū)動(dòng)器系列如表4 所示。
表 4 線纜驅(qū)動(dòng)器
3. PCB 布板建議
SDI 信號(hào)比特率最高至2.97Gbps,因此SDI 的信號(hào)路徑必須嚴(yán)格按照高頻電路的設(shè)計(jì)方法處理，否則無(wú)法得到高質(zhì)量的傳輸性能。SMPTE 協(xié)會(huì)也定制了關(guān)于SDI 信號(hào)回?fù)p的指標(biāo)要求，如圖6 所示。為了滿足這個(gè)指標(biāo)，我們必須精細(xì)地設(shè)計(jì)整個(gè)SDI 傳輸路徑以保證阻抗的連續(xù)性，尤其在BNC連接器的選擇、線纜的選擇、PCB 布局、原理圖設(shè)計(jì)、合適的SDI 器件選擇上需特別注意。
圖 6 SMPTE 規(guī)定的回?fù)p指標(biāo)
現(xiàn)實(shí)中，由于端口間阻抗的不匹配，任何輸入輸出信號(hào)都會(huì)被輸入或者輸出端反射一部分，反射波會(huì)與正向波疊加而惡化正向波形，因此我們必須設(shè)計(jì)好整個(gè)鏈路的阻抗匹配以降低反射，在高速信號(hào)中尤為重要。
回波損耗（Return Loss）或者S11/S22（S 參數(shù)）是用來(lái)定義回波損耗大小的指標(biāo)， 其中S11/S22 是反射功率與正向功率的比值，它們與輸入輸出阻抗的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下，
回波損耗與S11 的關(guān)系如下，
RL = - 20log|S11|
其中Z0 是傳輸線的特征阻抗。
從公式中可以看出回波損耗完全由輸入輸出阻抗與傳輸線特征阻抗是否匹配決定。除了要使用正確的匹配元器件值，高質(zhì)量的PCB 走線對(duì)阻抗匹配也至關(guān)重要，因?yàn)樾盘?hào)走線上寄生的電感電容會(huì)影響阻抗，不適當(dāng)?shù)倪^(guò)孔、拐彎、線寬等都會(huì)影響走線阻抗。
一些基本的高速信號(hào)PCB 布線原則列舉如下：
采用高質(zhì)量的BNC 接頭
低質(zhì)量的BNC 接頭的阻抗可能與要求的75 歐姆相差甚遠(yuǎn)
微帶線的設(shè)計(jì)和制造必須保證高精度
微帶線的阻抗與線寬和PCB 制造工藝直接相關(guān)
SDI 信號(hào)線應(yīng)盡可能的短且直
短線有更少的寄生電感電容值，對(duì)阻抗的影響更低，且長(zhǎng)度相對(duì)于信號(hào)波長(zhǎng)越短，反射波對(duì)正向波的影響越低彎曲的走線有不連續(xù)的寬度，導(dǎo)致不連續(xù)的阻抗，從而導(dǎo)致反射
匹配電路采用高Q 值的射頻電感電容
普通電感電容在高頻下的感值或者容值與標(biāo)稱值相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致實(shí)際阻抗與標(biāo)稱阻抗相差甚遠(yuǎn)
匹配元器件盡可能的靠近IC 管腳
不要有過(guò)孔
4. 電源設(shè)計(jì)建議
SDI 對(duì)眼圖、抖動(dòng)、噪聲等有嚴(yán)格的要求，低噪聲低紋波的電源設(shè)計(jì)方案對(duì)SDI 信號(hào)鏈路非常重要。圖7 是一個(gè)典型的線纜驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用原理圖，可以看出電源Vcc 是通過(guò)一個(gè)75 歐姆的電阻與輸出端直接相連的，因此電源上任何的噪聲和紋波都會(huì)直接耦合到輸出信號(hào)端。 SMPTE 規(guī)范了輸出電壓幅度典型值是800mV,一個(gè)3G SDI 經(jīng)過(guò)200 米的電纜傳輸后最多可以被衰減50dB ,而低頻的電源噪聲和紋波在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜以后幾乎沒(méi)有衰減，這意味著SDI 信號(hào)幅度在經(jīng)過(guò)電纜傳輸以后可以低至幾mV,這與電源噪聲和紋波已非常接近，此時(shí)電源將大大惡化SDI 的信噪比。因此，電源噪聲和紋波必須很低，建議采用低噪聲的LDO（如TI 的LP3878）給所有SDI 器件供電，而不是直接采用DC/DC.
圖 7 SDI 器件對(duì)電源的要求
5. 總結(jié)
SDI 由于具有高清晰度，傳輸時(shí)延小，升級(jí)改造原有模擬視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)容易等巨大優(yōu)勢(shì)正越來(lái)越被安防市場(chǎng)認(rèn)可并采用，國(guó)內(nèi)外主流的安防設(shè)備廠商都已經(jīng)有非常成熟的從攝像頭前端、中繼、切換、分發(fā)、后端圖像處理、識(shí)別、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)的全套SDI 解決方案，并已成功應(yīng)用于銀行、交通、平安城市等各行各業(yè)，SDI 替換部分IP 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和模擬視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是大勢(shì)所趨。
TI 在SDI 技術(shù)應(yīng)用之初就為客戶提供了優(yōu)秀豐富的全套SDI 傳輸方案，并得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。我們?cè)谏羁汤斫饬薙DI 相關(guān)器件的工作原理，正確地選擇合適的SDI 器件，合理地PCB 布線和電源設(shè)計(jì)，依托TI 強(qiáng)勁的產(chǎn)品和技術(shù)支持，就可以設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的SDI 產(chǎn)品。
評(píng)論