PCB布板建議 - 基于BNC連接器的TI SDI傳輸方案

　　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(yán)格按照高頻電路的設(shè)計方法處理，否則無法得到高質(zhì)量的傳輸性能。SMPTE 協(xié)會也定制了關(guān)于SDI 信號回?fù)p的指標(biāo)要求，如圖6 所示。為了滿足這個指標(biāo)，我們必須精細(xì)地設(shè)計整個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、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(shè)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(shù)）是用來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 走線對阻抗匹配也至關(guān)重要，因?yàn)樾盘栕呔€上寄生的電感電容會影響阻抗，不適當(dāng)?shù)倪^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(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 信號線應(yīng)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(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

　　不要有過孔

　　4. 電源設(shè)計建議

　　SDI 對眼圖、抖動、噪聲等有嚴(yán)格的要求，低噪聲低紋波的電源設(shè)計方案對SDI 信號鏈路非常重要。圖7 是一個典型的線纜驅(qū)動器的應(yīng)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(guī)范了輸出電壓幅度典型值是800mV，一個3G SDI 經(jīng)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(jīng)過長電纜以后幾乎沒有衰減，這意味著SDI 信號幅度在經(jīng)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(jié)

　　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(jiān)控網(wǎng)絡(luò)容易等巨大優(yōu)勢正越來越被安防市場認(rèn)可并采用，國內(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、識別、存儲等環(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，并得到市場的廣泛認(rèn)可。我們在深刻理解了SDI 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，依托TI 強(qiáng)勁的產(chǎn)品和技術(shù)支持，就可以設(shè)計出高質(zhì)量的SDI 產(chǎn)品。