基于BNC連接器的TI SDI傳輸方案
加入技術交流群
2.2重定時器
SDI 重定時器是用來自動檢測輸入信號類型，調整自身的PLL和CDR電路而恢復和整形出低抖動的時鐘，再重新定時發送出接收到的SDI信號，以降低SDI信號的抖動。雖然均衡器也可以降低SDI信號的抖動，但它和重定時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增加高頻增益使傳輸通道頻率響應趨于平坦來改善眼圖和信號抖動，而重定時器則是通過PLL和CDR來抑制和降低累加噪聲。如果SDI傳輸通道很長或者傳輸過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量，此時在均衡器輸出端再串接一個重定時器是一個理想的提高SDI信號質量的方案。圖5描述了重定時器的去抖效果，可見眼圖和抖動被明顯改善。
圖 5 重定時器使用效果
TI 重定時器產品系列如表3 所示。
表 3 重定時器系列
2.3線纜驅動器
SDI 線纜驅動器用來加強對線纜的驅動能力，提供標準的800mV 峰峰值輸出電壓擺幅，沒有預加重和去加重功能。TI 的線纜驅動器系列如表4 所示。
表 4 線纜驅動器
3. PCB 布板建議
SDI 信號比特率最高至2.97Gbps,因此SDI 的信號路徑必須嚴格按照高頻電路的設計方法處理，否則無法得到高質量的傳輸性能。SMPTE 協會也定制了關于SDI 信號回損的指標要求，如圖6 所示。為了滿足這個指標，我們必須精細地設計整個SDI 傳輸路徑以保證阻抗的連續性，尤其在BNC連接器的選擇、線纜的選擇、PCB 布局、原理圖設計、合適的SDI 器件選擇上需特別注意。
圖 6 SMPTE 規定的回損指標
現實中，由于端口間阻抗的不匹配，任何輸入輸出信號都會被輸入或者輸出端反射一部分，反射波會與正向波疊加而惡化正向波形，因此我們必須設計好整個鏈路的阻抗匹配以降低反射，在高速信號中尤為重要。
回波損耗（Return Loss）或者S11/S22（S 參數）是用來定義回波損耗大小的指標， 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應關系如下，
回波損耗與S11 的關系如下，
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，高質量的PCB 走線對阻抗匹配也至關重要，因為信號走線上寄生的電感電容會影響阻抗，不適當的過孔、拐彎、線寬等都會影響走線阻抗。
一些基本的高速信號PCB 布線原則列舉如下：
采用高質量的BNC 接頭
低質量的BNC 接頭的阻抗可能與要求的75 歐姆相差甚遠
微帶線的設計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
SDI 信號線應盡可能的短且直
短線有更少的寄生電感電容值，對阻抗的影響更低，且長度相對于信號波長越短，反射波對正向波的影響越低彎曲的走線有不連續的寬度，導致不連續的阻抗，從而導致反射
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稱值相差甚遠，導致實際阻抗與標稱阻抗相差甚遠
匹配元器件盡可能的靠近IC 管腳
不要有過孔
4. 電源設計建議
SDI 對眼圖、抖動、噪聲等有嚴格的要求，低噪聲低紋波的電源設計方案對SDI 信號鏈路非常重要。圖7 是一個典型的線纜驅動器的應用原理圖，可以看出電源Vcc 是通過一個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直接耦合到輸出信號端。 SMPTE 規范了輸出電壓幅度典型值是800mV,一個3G SDI 經過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過長電纜以后幾乎沒有衰減，這意味著SDI 信號幅度在經過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 器件對電源的要求
5. 總結
SDI 由于具有高清晰度，傳輸時延小，升級改造原有模擬視頻監控網絡容易等巨大優勢正越來越被安防市場認可并采用，國內外主流的安防設備廠商都已經有非常成熟的從攝像頭前端、中繼、切換、分發、后端圖像處理、識別、存儲等環節的全套SDI 解決方案，并已成功應用于銀行、交通、平安城市等各行各業，SDI 替換部分IP 監控網絡和模擬視頻監控網絡是大勢所趨。
TI 在SDI 技術應用之初就為客戶提供了優秀豐富的全套SDI 傳輸方案，并得到市場的廣泛認可。我們在深刻理解了SDI 相關器件的工作原理，正確地選擇合適的SDI 器件，合理地PCB 布線和電源設計，依托TI 強勁的產品和技術支持，就可以設計出高質量的SDI 產品。
評論