Осцилографи та джиттер

Магазин Gtest® пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту, що наведена наприкінці цього розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти.

Основна ідея досить проста - виміряти фронти тактового сигналу та перевірити, чи всі вони розташовані на однаковій відстані один від одного, або ж змінюються (тремтять) з часом.

Нерівномірна тактова частота, що подається на АЦП або ЦАП, створюватиме ефекти FM (частотної модуляції) та/або AM (амплітудної модуляції), а також підвищуватиме мінімальний рівень шуму. Наслідки джиттера тактового сигналу залежать від його характеру. Випадковий джиттер може мати менш помітні звукові ефекти, ніж джиттер, у якому переважає певна частота. Існує безліч причин виникнення завад у лінії синхронізації.

У цій статті наведено короткий огляд використання базового цифрового осцилографа DSO (смуга пропускання 200 МГц, 1 млрд відліків за секунду), щоб оцінити можливість його застосування замість спеціалізованої вимірювальної установки вартістю близько 50 000 доларів, яка зазвичай використовується для дослідження проблем джиттера.

На щастя, відповідь полягає в тому, що в межах показників більшості аудіосистем цілком реально отримати достовірні результати. На високих частотах джиттера (> 2 кГц) при вимірюванні типових бітових тактових сигналів (від 3 до 24 МГц) мінімальний рівень шуму джиттера становить близько 20 пс середньоквадратичного значення. Для нижчих частот середньоквадратичне значення становить приблизно 200 пс через необхідність збільшення довжини запису.

У технічному документі також наведена крива чутності джиттера, отримана на основі огляду літератури. Відзначається, що випадковий широкосмуговий джиттер оцінюється інакше, ніж джиттер із вираженими спектральними складовими.

Вимірювальне обладнання для визначення джиттера є значно чутливішим, ніж критерії чутності. Єдиного критерію для вимірювань не існує, оскільки необхідно враховувати дуже багато змінних. Деякі інженери вважають ознакою неякісного проєктування будь-які бічні смуги, пов'язані з джиттером, які перевищують мінімальний рівень шуму під час дискретизації або відтворення чистих тонів.

Широкосмуговий випадковий джиттер також підвищує рівень шуму, але величина цього підвищення залежить від контенту, який використовується для вимірювання. Оскільки в деяких тестах використовується частота 11 кГц (зазвичай у складі тестів IMD із другим тоном на відстані 1 кГц), цілком логічно використовувати її як основу для тестування. Вища частота набагато краще демонструє вплив джиттера, ніж тестовий сигнал 1 кГц.

У реальних умовах жоден аудіосигнал не міститиме синусоїду 11 кГц рівнем 0 дБ. Саме тому подібний тест має більш жорсткі умови. Враховуючи високі характеристики сучасного обладнання, виявлення його недоліків потребує більш агресивного підходу до тестування.

У технічній документації також справедливо зазначається: якщо для обладнання заявлений діапазон від 10 Гц до 50 кГц ±3 дБ, воно повинно коректно працювати в цьому діапазоні без додаткових обмежень.

Досить поширеною є думка, що при динамічному діапазоні близько 110 дБ жодні спектральні компоненти джиттера не повинні перевищувати мінімальний рівень шуму. Аналогічно, мінімальний рівень шуму повинен відповідати заявленим характеристикам не лише за умовами AES-17, але й при тестовому сигналі 11 кГц.

Без значних витрат на підвищення продуктивності систем із динамічним діапазоном понад 120 дБ може бути складно повністю уникнути появи компонентів, пов'язаних із джиттером.

Перевести ці вимоги безпосередньо у вимоги до джиттера досить складно. Проте існують програмні інструменти, які дозволяють прогнозувати вплив певної комбінації широкосмугових і тональних складових джиттера. Одним із найзручніших ресурсів є DISTORT, розроблений Полом Кейном та представлений у 2019 році на форумі Audio Science Review.

На момент написання статті програмний пакет перебував у бета-версії. Одним із відкритих питань залишалося використання великої кількості функцій БПФ та корекція коефіцієнта підсилення для окремих режимів. Для коректного порівняння результатів рекомендується використовувати однакові віконні функції для всіх вимірювань.

Також необхідно пам'ятати, що деякі віконні функції мають високий рівень бічних пелюсток. Під час дослідження впливу джиттера на рівень шуму бажано використовувати вікна з мінімальною енергією бічних пелюсток відносно очікуваного рівня шуму.

купити осцилограф в Україні