Осциллограф и функциональный генератор как единая система

Магазин Gtest® предлагает широкую номенклатуру осциллографов на странице сайта, приведённой в самом конце раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

Измерение джиттера тактового сигнала с помощью цифрового осциллографа

Основная идея довольно проста - измерить фронты тактового сигнала и проверить, находятся ли они на одинаковом расстоянии друг от друга или изменяются (дрожат) со временем.

Неравномерная тактовая частота, подаваемая на АЦП или ЦАП, будет создавать эффекты FM (частотной модуляции) и/или AM (амплитудной модуляции), а также повышать минимальный уровень шума. Последствия джиттера тактового сигнала зависят от его характера. Случайный джиттер может иметь менее заметные звуковые эффекты, чем джиттер, в котором преобладает определённая частота. Существует множество причин возникновения помех в линии синхронизации.

В данной статье представлен краткий обзор использования базового цифрового осциллографа DSO (полоса пропускания 200 МГц, частота дискретизации 1 Гвыб/с), чтобы определить, способен ли он заменить измерительную систему стоимостью около 50 000 долларов, обычно применяемую для исследования проблем джиттера.

К счастью, ответ положительный: в пределах значений, характерных для большинства аудиосистем, вполне реально получить достоверные результаты. На высоких частотах джиттера (> 2 кГц) при измерении типичных тактовых сигналов (от 3 до 24 МГц) минимальный уровень шума джиттера составляет около 20 пс среднеквадратического значения. Для более низких частот среднеквадратическое значение составляет около 200 пс из-за необходимости увеличения длины записи.

В технической документации также представлена кривая слышимости джиттера, полученная на основе анализа специализированной литературы. Отмечается, что случайный широкополосный джиттер воспринимается иначе, чем джиттер со спектральными составляющими.

Измерительное оборудование значительно чувствительнее критериев слышимости. Универсальных критериев измерения не существует, поскольку необходимо учитывать слишком большое количество переменных факторов. Некоторые инженеры считают признаком некачественной разработки электронной системы любые боковые полосы, связанные с джиттером, которые находятся выше минимального уровня шума при дискретизации или воспроизведении чистых тонов.

Широкополосный случайный джиттер также увеличивает уровень шума, однако величина этого увеличения зависит от используемого тестового сигнала. Поскольку в ряде испытаний применяется частота 11 кГц (например, в тестах IMD со вторым тоном, смещённым на 1 кГц), её использование вполне оправдано. Более высокая частота значительно лучше демонстрирует влияние джиттера по сравнению с тестовым тоном 1 кГц.

В реальных условиях никакой аудиоконтент не содержит синусоидального сигнала 11 кГц с уровнем 0 дБ. Именно поэтому подобные испытания являются стресс-тестом оборудования. Учитывая высокие характеристики современной аппаратуры, выявление её недостатков требует более агрессивных методов тестирования.

Технические характеристики оборудования также должны подтверждаться во всём заявленном диапазоне. Если указано, что устройство работает от 10 Гц до 50 кГц с отклонением ±3 дБ, оно должно соответствовать этим параметрам без дополнительных ограничений.

Существует распространённое мнение, что при динамическом диапазоне около 110 дБ любые спектральные компоненты джиттера не должны превышать минимальный уровень шума. Аналогично минимальный уровень шума должен соответствовать заявленным характеристикам не только в условиях стандарта AES-17, но и при использовании тестового сигнала частотой 11 кГц.

Без значительных затрат на повышение производительности при динамическом диапазоне свыше 120 дБ становится сложно полностью избежать компонентов, связанных с джиттером.

Преобразовать эти требования в конкретные показатели джиттера достаточно сложно. Существуют специализированные инструменты, позволяющие прогнозировать влияние различных комбинаций широкополосного и тонального джиттера. Одним из наиболее удобных ресурсов является DISTORT, доступный по адресу https://distortaudio.org. Этот инструмент был разработан Полом Кейном и представлен в 2019 году на форуме Audio Science Review.

На момент публикации программа находилась в стадии бета-тестирования. Следует учитывать, что она предлагает широкий набор функций БПФ, а некоторые особенности их параметров описаны недостаточно подробно. Тем не менее для сравнительных измерений рекомендуется использовать одинаковые оконные функции во всех тестах.

Необходимо помнить, что некоторые оконные функции имеют высокие боковые лепестки. При исследовании влияния джиттера на уровень шума следует выбирать окно с минимальной энергией боковых лепестков относительно ожидаемого уровня шума.

Купить осциллограф в Украине