Adv7280m csi2

ADV7280M-CSI2 — CVBS → MIPI CSI-2 декодер для Raspberry Pi 4

Плата на Analog Devices ADV7280WBCPZ-M (LFCSP-32): композитный видеосигнал (PAL/NTSC/SECAM, разъём RCA) преобразуется в поток MIPI CSI-2 (1 лента + клок) и подаётся на разъём камеры Raspberry Pi 4. В той же заготовке — отделяемая секция с буфером THS7314: один вход CVBS раздаётся на декодер и два монитора (питание секции 5 В от внешнего DC-DC через винтовую клемму). Работает со штатным overlay ядра Raspberry Pi без правок:

dtoverlay=adv728x-m,adv7280m=1

Проект сделан в KiCad 9 (hw/), плата 4 слоя 42 × 55 мм (декодер 42 × 32 + паз 2 мм + секция буфера 42 × 21) под стек JLCPCB JLC04161H-7628. ERC и DRC — 0 ошибок, 0 предупреждений. Все решения и допущения по этапам — в docs/assumptions.md, исходные требования и выжимка из документации — в docs/requirements.md.

Состав репозитория

Пересборка с нуля:

python3 tools/gen_lib.py && python3 tools/gen_fp.py && python3 tools/gen_sch.py && python3 tools/check_nets.py
cd hw && kicad-cli sch export netlist --format kicadxml -o adv7280m-csi2.xml adv7280m-csi2.kicad_sch && cd ..
python3 tools/gen_pcb.py && python3 tools/route_pcb.py && python3 tools/write_pro.py
sh tools/fab.sh          # Gerber, drill, BOM/CPL JLCPCB, schematic.pdf, bom.csv

Схема в двух словах

• Вход: RCA J2 → ESD TPD1E10B06 → 22 Ω последовательно, 51 Ω на землю (терминация 73 Ω, делитель 0,7) → 100 нФ → AIN1.
• Питание: 3,3 В с пина 15 разъёма камеры. Два LDO AP2112K-1.8: U2 → DVDD+MVDD, U3 → AVDD, PVDD через феррит. У каждого вывода питания чипа 100 нФ + 10 нФ.
• Кварц 28.63636 МГц (YXC 5032, CL 20 пФ), нагрузочные 27 пФ.
• MIPI: D0P/D0N → пины 3/2 разъёма, CLKP/CLKN → пины 9/8; лента 1 не используется. Дифпары 100 Ω (0,18/0,15 мм), длины выровнены до 0,04 мм в паре и 0,03 мм между парами.
• I²C: SDA/SCL → пины 14/13, подтяжки 4,7 кОм (параллельно подтяжкам Pi). ALSB = 1 → 7-битный адрес 0x21 (8-битный 0x42 write / 0x43 read) — ровно то, что ждёт overlay.
• RESET: 10 кОм + 4,7 мкФ (τ ≈ 47 мс, низкий уровень ≥ 13 мс), PWRDWN: 10 кОм к 3,3 В — чип запускается сам, без участия Pi.

Секция буфера THS7314 (отделяемая)

• Вход J5 (штырьки 2,54 мм: 1 = сигнал, 2 = GND) → терминация 75 Ω, ESD → 3 × 100 нФ → три канала THS7314 (усиление 6 дБ, ФНЧ 8,5 МГц, sync-tip clamp).
• Выходы с 75 Ω последовательно (на нагрузке 75 Ω уровень 1 : 1): канал 1 → узел входа декодера (через JP4 и дорожку через перешеек), каналы 2 и 3 → J6 «MON1» и J7 «MON2» (штырьки, 1 = сигнал, 2 = GND) на мониторы. J8 «TO ADV» — тот же сигнал канала 1 для случая, когда секция отломана: соединить кабелем с RCA J2.
• Питание J4 (винтовая клемма 5,08 мм, «+» = 5 В, «−» = GND) от внешнего DC-DC 5 В → диод SS14 (защита от переполюсовки) → 22 мкФ → феррит → 10 мкФ + 100 нФ. THS7314 работает от 3 до 5 В, LDO не нужен; потребление ≈ 17 мА. Тестовая точка TP9.
• Декодер питается от Pi (3,3 В по шлейфу камеры), клемма 5 В его не питает. Pi подключают к тому же 5 В своим кабелем.
• Разделение: паз 2 мм и два перешейка 2,5 мм (x = 7…9,5 и 30,5…33 мм). Через перешейки идут только CVBS_IN и земля. Перекусить кусачками, края зачистить. После отделения декодер 42 × 32 мм, буфер 42 × 21 мм, у каждого свои отверстия M2.

Перемычки (паяльные, по умолчанию разомкнуты)

Тестовые точки

TP1 3V3 · TP2 1V8D · TP8 1V8A · TP3 SDA · TP4 SCL · TP5 RESET · TP6 GND · TP7 CVBS после терминации (сюда должно приходить ≈0,7 В p-p при 1 В на входе) · TP9 питание THS7314 (≈4,6 В).

Подключение к Raspberry Pi 4

1. Стандартный 15-жильный шлейф камеры Pi (тот же, что у Camera Module). На плате разъём такой же, как на модуле камеры: контакты шлейфа к плате, синяя сторона к защёлке. Пин 1 (GND) помечен треугольником, он у верхнего края. На Pi 4: контакты шлейфа в сторону HDMI, синяя сторона к Ethernet/USB.

2. Перед первым включением прозвоните: пин 15 шлейфа (3,3 В) ↔ TP1, пин 1 ↔ TP6 (GND).

3. В /boot/firmware/config.txt (на старых образах /boot/config.txt):

   camera_auto_detect=0
   dtoverlay=adv728x-m,adv7280m=1

   Строка camera_auto_detect=0 отключает автопоиск камер Pi, который иначе может занять I²C и CSI.

4. Перезагрузка и проверка:

   dmesg | grep -i adv7180          # ожидается: adv7180 10-0021: chip found @ 0x21 ... (шина i2c-10 на Pi 4)
   v4l2-ctl --list-devices          # unicam -> /dev/video0
   v4l2-ctl -d /dev/video0 --get-detected-standard
   v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-standard=PAL     # или NTSC

   Драйвер adv7180 работает как V4L2 subdevice за bcm2835-unicam (в overlay по умолчанию legacy-режим, Media Controller выключен). Формат на выходе — 8-битный YUV 4:2:2 (UYVY), 720×576 (PAL) или 720×480 (NTSC), чересстрочный.

5. Захват:

   v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=720,height=576,pixelformat=UYVY --stream-mmap --stream-count=100 --stream-to=out.uyvy
   ffmpeg -f v4l2 -input_format uyvy422 -video_size 720x576 -i /dev/video0 -c:v libx264 -preset veryfast out.mkv

Вывод на ПК как «карта захвата»

Плата отдаёт только MIPI CSI-2, напрямую к ПК её не подключить. Варианты через Pi 4:

• UVC-вебкамера по USB-C. Pi 4 умеет режим USB-устройства: dtoverlay=dwc2 в config.txt, модуль libcomposite, и uvc-gadget (github.com/raspberrypi/uvc-gadget или kbingham/uvc-gadget с источником V4L2 /dev/video0). ПК видит обычную вебкамеру 720×576. Не проверялось на этой плате, но это штатный механизм Pi.
• Поток по сети: ffmpeg -f v4l2 -i /dev/video0 ... -f mpegts udp://ПК:5000 или GStreamer/RTSP; на ПК VLC/OBS/ffplay.

Заказ и сборка на JLCPCB

1. Плата: загрузить fab/adv7280m-csi2-gerber.zip. Параметры: 4 слоя, 1,6 мм, стек JLC04161H-7628 (файл .gbrjob содержит стек), «Impedance control: yes» (пары 100 Ω дифф, 0,18/0,15 мм), остальное по умолчанию. Паз между секциями и перешейки лежат в контуре платы (Edge.Cuts) — это одна плата, опции панелизации/V-cut не нужны.
2. Сборка: Economic (SMT), верхняя сторона. Загрузить fab/BOM_JLCPCB.csv и fab/CPL_JLCPCB.csv. В предпросмотре обязательно сверить ориентацию полярных деталей: U2/U3 (SOT-23-5, пин 1 у метки-треугольника), D1/D3 (ESD, двунаправленные — ориентация не важна), J1 (FFC: контакты к краю платы, пин 1 сверху), Y1 (кварц — не важна), U5 (SOIC-8, пин 1 слева сверху, у метки), D2 (SS14: катодная полоска к C28, т. е. вправо). JLCPCB иногда поворачивает корпуса относительно данных KiCad; в предпросмотре это видно по картинке детали.
3. Не собирает JLCPCB (припаять самостоятельно): U1 ADV7280WBCPZ-M (нет на складе; фен + трафарет, паста на термопад ≈50 %), J2 RCA-гнездо (любое угловое 3-выводное с штырём 1,3×2,5 и ушками 2,5×1 на 10 мм, например Multicomp PSG01546), J4 винтовая клемма 2 конт. шаг 5,0/5,08 мм (KF301-5.0-2P, LCSC C474881; ставить вводом проводов к кромке), J5–J8 штырьки 1×2 2,54 мм (PZ254V-11-02P, C492401 или любые); перемычки/тестовые точки — это просто площадки. THT-сборку у JLCPCB не заказываем — это дешевле, чем доплата за выводной монтаж.
4. Трафарет: заказать вместе с платой («Stencil», верхняя сторона) — он нужен для чипа; паста на термопад уже разбита на 4 окна.

Extended-позиции (по 3 $ за наименование): LDO, кварц, 27 пФ, ESD-диод, FFC-разъём, THS7314. Остальное (21 строка BOM, 48 деталей всего) — Basic.

Известные особенности

• В каждой дифпаре MIPI линия N делает один переход на нижний слой и обратно (два via 0,45/0,2 мм): порядок P/N на разъёме Pi обратен порядку выводов чипа, без перекрёстка это не разводится (см. docs/assumptions.md, A3-2).
• 22 Ω вместо 24 Ω в терминации — 24 Ω нет в базовой библиотеке JLCPCB; коэффициент делителя 0,70 вместо 0,68 (+3 % амплитуды), АРУ декодера это компенсирует.
• Пока платы соединены, вход декодера занят буфером: RCA J2 использовать только после разреза JP4.
• Земля Pi и платы замкнута дважды (шлейф камеры и общее питание 5 В). Для CVBS это не критично; при помехах питать Pi и DC-DC от одной точки короткими проводами.
• DC-DC выставить на 5,0 В до подключения: абсолютный максимум THS7314 — 5,5 В.