12G高速SDI信号简介及PCB设计

【SDI简介】

SDI的传输技术, 从原本传输480i/60f的SD-SDI, 一直进步到现在, 使用相同的75 Ohm同轴电缆, 最高能传输4K/60f 4:2:2即时非压缩影音12G UHD-SDI, 搭配Belden 1694A同轴电缆， 可以传输80M的距离, 保持着SDI传输技术可以传输长距离特性。

【核心技术】

时钟平衡和驱动（Equalizer、Re-clocker、Cable Driver）在SDI 应用里, 实际上占了很大比例， 因为这些功能都是让步的SDI信号传输距离可以拉远功臣， 因为SDI是高速串列的数字信号， 采用NRZI编码方法， 因此，传输信号时只有0跟1的变化， 但因为经过长距离的传输过后, 由于距离的原因，高频信号衰减速度比低频信号快， 也会受到反射的干扰， 导致原始高速串列数字信号恶化。参考下图最左边的示意图， EQ(Equalizer)主要功能， 就是把这个乱七八糟的信号， 还原成能判断为0或1的数字信号， 也就是打开眼图， 下图左二示意图， 但这个信号可以正确判断为0或1的区域很窄， 只要取样点有偏差， 会取错值， 除0或1区域外， 就是所谓的jitter抖动, 为了将这些jitter抖动滤除, 就会需要使用Re-clocker(Re-timer), 对信号进行重新整理，产生非常低的信号jitter抖动高速系列数字信号， 下图右二示意图， 最后因为SMPTE在SDI有规定信号输出rising time, falling time, overshoot, undershoot及振幅需为800mVpp, 所以Cable Driver就是使用De-Emphasis或Pre-Emphasis技术, 让SDI可以满足输出SMPTE的规范, 参考下图最右边的示意图， 以上是简单介绍Equalizer, Re-clocker(Re-timer)及Cable Driver在SDI 应用中的功能

【PCB设计要点】

1、SDI从芯片驱动或接受到连接器的路径越短越好；

2、即使12G UHD-SDI信号，PCB材料还是可以用的FR4；

3、单端信号75Ω阻抗匹配，差分信号100Ω阻抗匹配；

• 通常使用Layer2_GND作为100Ω使用差分信号的参考平面Layer3_GND(或更底层)作为75Ω特征阻抗参考平面，以减少寄生参数对特征阻抗的影响。
• 参考地平面需要保持整个信号线的连续性，这将导致寄生阻抗不匹配。

4、SDI trace宽度最好是10 ~ 12 mil, 因为在SDI的应用在input/output return loss部分需要满足SMPTE规范, 而SDI trace宽度太细，很难通过规范；

• 如果信号线和参考地在，请注意PCB在同一层线宽至少保持5倍，可以减少寄生阻抗。

5、AntiPad处理：75 Ohm与BNC单端信号连接， 通常会有AC coupling电容, 而且在这些电容， 则需要加入Anti-PAD减少寄生电容器造成的损失， 这个Anti-PAD最简单的做法， 就是在PCBA的内层, 挖开一个跟AC coupling大小相同的电容keep out, 所有内层都需要放置， 主要是让SDI trace上的AC coupling电容的参考层， 从第二层到底层， 减少寄生电容器造成的损失；

6、 根据芯片和BNC连接器，精心设计PCB信号和连接器AntiPad处理

附：Ti设计参考