应对FPGA/SDI子系统中的高速板布局挑战

2011-01-14 19:33:46来源: 21ic

  简介

  电视和影院已经进入数字时代。视频图像曾以标准传输率(270Mb/s)传输,后来升级到高传输率(1.485Gb/s),现在已上升到3Gb/s。更高传输率实现了更高分辨率的娱乐图像传输,但同时也使硬件工程师和物理布局设计师面临着更大的挑战。很多视频系统都采用多功能FPGA和多传输率SDI集成电路,以支持高性能专业视频在长距离的传输。FPGA需要高密度、细迹线宽度的传输,而高速模拟SDI传输需要阻抗匹配和信号保真。本论文概述了硬件工程师面临的挑战,并为处理这些挑战提供了建议。

  FPGA/SDI子系统

  在典型的FPGA/SDI板中,数字视频信号在BNC(卡拴式同轴接头)与高性能SDI75Ω迹线模拟集成电路之间传输。FPGA和SDI集成电路之间的互连包含通过FPGA细间距球栅发送的多对100Ω差分信号。其中一个布局难点是75Ω单端迹线和100Ω差分迹线的共存。通常,这两种迹线在元件所在顶层上传输。适合75Ω的迹线宽度对于100Ω迹线可能过宽。图1是FPGA/SDI的示意框图,显示75Ω和100Ω的两个区。

典型FPGA/SDI框图

图1 典型FPGA/SDI框图

  SDI布局难点

  电影与电视工程师学会(SMPTE)发布了同轴电缆上数字视频的传输标准。规定信号幅值为800mV±10%。必须通过芯片外的75Ω±1%精确终端电阻器满足此幅值要求。SMPTE标准还包含输入和输出的回波损耗要求,基本规定了输入或输出端口如何近似于75Ω网络。图2显示SMPTE对回波损耗的要求。

SDI端口和SMPTE限制值的输入回波损耗图

图2  SDI端口和SMPTE限制值的输入回波损耗图

  芯片外阻抗平衡网络由电感器和并联电阻器构成,通常用于抵消SDI集成电路的输入或输出电容。大交流耦合电容器(4.7µF)通常用于传输SDI串行位流,以避免低频直流漂移。如图3所示,75Ω迹线的SDI集成电路及其BNC连接器之间附有多个芯片外无源元件。每个元件都具有串联寄生电感,每个元件焊盘又具有并联寄生电容,从而影响与75Ω匹配的总阻抗。SDI布局的难点在于最大限度减少外部无源元件在75ΩSDI端口造成的阻抗失配。

典型SDI电路

图3 典型SDI电路(仅显示高速信号路径)

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关键字:FPGA  SDI  高速板布局  视频图像传输

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0114/article_1536.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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