頻率靈活、低抖動的時脈方案準備好了

圖1為一個典型的視訊同步鎖相方塊圖，低抖動的採樣時脈提供給SD/HD-SDI SerDes，其輸出又與主同步訊號產生器同步。以此處理過程為基礎，能使所有工作室設備易於同步。

《圖一　典型的視訊同步鎖相系統》

現代高解析視訊設備需要支援多種視訊格式、訊框速率、HSYNC線速率和採樣時脈，這使得時序面臨新的挑戰。圖2顯示了常見的視訊格式及其相關的HSYNC和採樣率。隨著視訊格式數量和訊框速率的增加，現代視訊廣播設備設計需要更精確的時序架構和數量更多的元件。更棘手的是，抖動要求正變得越來越難以滿足。

SMPTE 292M HD-SDI標準規定峰-峰值抖動必須小於134 ps，SMPTE 424M 3G SDI強制RMS系統級抖動不能超過67 ps峰-峰值，抖動要求比傳統的SDI和DVI標準更加嚴格。除了視訊時脈，音訊時脈(通常是24.576 MHz)也必須從所提到的不同視訊格式/訊框速率範圍中生成。幸運的是，頻率靈活、低抖動的時脈方案現已準備就緒，能夠簡化同步和非同步視訊/音訊時脈的生成。

《圖二　常用視訊格式及其HSYNC和採樣速率》

簡化同步時脈生成

在同步應用中，傳統的同步鎖相時序產生器有一個複雜的結構，包括串接式的鎖相迴路(PLL)、外部迴路濾波器和外部低抖動的壓控晶體振盪器(VCXO)。迴路濾波器的週邊元件對電路板層級雜訊非常敏感，因此必須特别注意迴路濾波器的設計和佈局，確保滿足迴路穩定性要求，使抖動最小化。此外，由於其製造加工的複雜性，低抖動VCXO可能需大約8-14周的交貨週期。

近來隨著CMOS技術的提高，新的同步鎖相時脈IC解決方案可提供一個完全整合的方案，而無需外部迴路濾波器和VCXO元件。如圖3所示，新的同步鎖相解決方案的一個例子是Si5324任意頻率抖動衰减時脈倍頻器。使用任意頻率時脈解決方案帶來多重好處。首先，所有PLL元件整合在晶片內，完全整合的鎖相迴路解決方案產生的抖動比以前離散元件解決方案低50％以上。第二，具有生成任意頻率能力的設備可以在單一設備中同步NTSC或PAL的HSYNC速率，生成任意HD-SDI或3G-SDI速率，不再需要多個PLL。例如，在NTSC到HD-SDI的應用中，需要一個能夠提供4719000/1001或4.71428571428571乘積比率能力的PLL。最後，多個串接式PLL不但可以減少所佔空間，更能確保更好的抖動性能。

《圖三　任意頻率時脈簡化同步鎖相》 - BigPic:752x363

SDI時脈恢復器

如圖1所示，視訊廣播中應用非同步時脈源的一個例子是SDI時脈恢復器。SDI時脈恢復器通常需要一個外部XO/VCXO作為其內部時脈和資料恢復(CDR)電路的參考時脈。根據SDI的資料速率，該參考時脈可以是圖2中的任意一種時脈速率。生成這些時脈頻率的傳統做法是使用多個離散晶體振盪器和一個選擇多工器(mux)。圖4中，5x7mm大小的Si534四頻晶體振盪器通過生成多達4種不同的時脈頻率，簡化了傳統的實現過程。頻率選擇接腳(FSel)用於確定輸出時脈頻率。Si53x系列中的其它設備可支援單、雙或任意頻率輸出。

《圖四　多頻晶體振盪器和時脈產生器簡化時脈生成》 - BigPic:737x450

視訊處理器和FPGA通常需要數個非同步時脈執行其數位功能。如圖3所示，Si5338 I2C可程式化的任意頻率、任意輸出四路時脈產生器，提供四路獨立的可達350MHz的任意頻率時脈訊號，而週邊僅僅需要一個低成本晶體元件。該元件是離散時脈振盪器的理想替代品，可完全程式化並生成所有適合多種視訊速率的頻率，包括能夠同時生成74.25MHz、74.25/1.001MHz和其它HD速率，而沒有頻率誤差。

結論

視訊廣播中，時脈生成和同步具備關鍵作用，可確保視訊訊號被適當的反序列化(de-serialization)、處理和序列化。在這些視訊系統中，提供同步功能的振盪器和PLL需要提供多種頻率，以支援目前的多種標準以及高解析度視訊格式。不僅靈活變頻非常重要，而且適當的放置抖動濾波器控制抖動也是至關重要的，這確保成功恢復在工作室射頻設備上傳播的視訊訊號。