logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?

ghost666 25 Lip 2014 15:51 2892 0
REKLAMA
  • Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?


    Witam, w imieniu autora artykułu Juliana Hagedorna, w nowym cyklu artykułów poświęconemu zagadnieniom zwiazanym z czasem, głónie z taktowaniem. W tej serii znajdą się odpowiedzi na zagadnienia związane z sygnałami zegarowymi, na które odpowiadać będą inżynierowie z firmy Texas Instruments. Pierwszym artykułem serii, jest poniższy artykuł, poświęcony pomiarowi szumu fazowego (jitteru) sygnałów taktujących, w szczególności jitteru addytywnego pochodzącego z bufora sygnału zegarowego.

    Czemu pomiar jitteru jest ważny?

    Jitter zegara taktującego system jest wartością niezwykle istotną, gdyż wpływa on w kluczowy sposób na działanie całego urządzenia, szczególnie w przypadku nowoczesnych technologii, wykorzystujących wysokoprzepustowe łącza komunikacyjne - przewodowe i bezprzewodowe, a także inne układy, korzystające z taktowania wysokimi częstotliwościami. Aby zminimalizować szum fazowy, obecny w układzie, niezwykle istotnym jest aby utrzymać możliwie niski jego poziom w sygnale taktującym urządzenie. Wymaga to zastosowania precyzyjnych zegarów oraz buforów sygnałów taktujących, charakteryzujących się niskim jitterem, w celu rozprowadzenia sygnału zegarowego do wszystkich układów tego wymagających.

    Wraz z zwiększaniem się wymagań układów scalonych co do precyzji sygnału taktującego powstaje pytanie - czy prosty bufor, dodany do linii taktującej, tak jak pokazano to na poniższym schemacie, pogarsza szum fazowy obecny w tym sygnale? Jeśli tak, to co trzeba rozważyć przy dodawaniu takich buforów?

    Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?


    Definicja jitteru addytywnego

    Bufor sygnału zegarowego to miejsce w którym pojawia się jitter addytywny. Ten rodzaj szumu fazowego definiuje się jako ilość dodanego do sygnału wejściowego szumu, który pochodzi z samego funkcjonowania bufora. Może on zostać opisano następującym wzorem:

    Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?


    Przy założeniu iż procesy powodujące generację jittera są procesami losowymi, a szum wejściowy układu nie jest skorelowany z szumem wyjściowym. Zdefiniowanie jitteru addytywnego pozwala na proste oszacowanie czy możliwe jest dodanie do linii zegarowej bufora czy nie.

    Aby wyznaczyć prawdziwą wartość jitteru addytywnego pomiary powinny być prowadzone przy wykorzystaniu źródła sygnału taktującego pozbawionego jitteru. Jednakże taka sytuacja to niedościgniony ideał, jako że każdy rzeczywisty zegar charakteryzować się będzie pewnym poziomem szumu fazowego w sygnale. Jak zatem rozwiązać ten problem? Zamiast wykorzystywać idealny, nieistniejący zegar do pomiarów możemy w naszych pomiarach wykorzystać realne, zaszumione źródło sygnału taktującego w celu pomiaru jitteru dodawanego do sygnału przez bufor.

    Rozważania dotyczące źródeł wejściowych

    Zaprezentowane poniżej dwa przykłady pokazują wpływ jakości sygnału wejściowego na pomiar przy założonej niepewności pomiarowej. Przykłądu te oparto o rzeczywiste pomiary przeprowadzone z wykorzystaniem układu CDCLVC1310, będącego buforem sygnału taktującego o niskim szumie fazowym. Założona niepewność pomiarowa wynosi 10 fs rms, jest to typowa wartość w tego typu pomiarach, która wynika z wahań temperatury i napięcia zasilającego, różnic w prędkościach narastania sygnałów oraz niepewności samego ustroju pomiarowego.

    Jitter wejściowyJitter wyjściowyJitter addytywny
    Przypadek pierwszy: zaszumione wejście sygnałuA1180 fs rms181 fs rms (zmierzone)19 fs rms
    Przypadek pierwszy: zaszumione wejście sygnałuB1180 fs rms191 fs rms (wyliczone)64 fs rms
    Przypadek drugi: niskoszumne wejście sygnałuA274 fs rms90 fs rms (zmierzone)51 fs rms
    Przypadek drugi: niskoszumne wejście sygnałuB274 fs rms100 fs rms (wyliczone)67 fs rms


    Przykład pierwszy opisuje pomiary przeprowadzone z źródłem o szumie fazowym wynoszącym 180 fs rms (w zakresie od 12 kHz do 20 MHz). Przy tym źródle wykorzystywany do pomiarów bufor charakteryzuje się addytywnym jitterem wynoszącym 19 fs rms (przykład A1). Jeśli uwzględnimy w tym przypadku niepewność pomiarową wynoszącą 10 fs, wyznaczony jitter addytywny zwiększy się aż o 45 fs rms, aby osiągnąć 64 fs rms (przykład B1).

    Przykład drugi prezentuje pomiary przeprowadzone przy źródle o niskim szumie fazowym, wynoszącym zaledwie 74 fs rms (w zakresie od 12 kHz do 20 MHz). Pokazuje on precyzyjniejszy pomiar jitteru addytywnego bufora CDCLVC1310. Jitter wyjściowy z układu wynosi 90 fs rms, co oznacza iż szum fazowy dodany przez bufor wynosi 51 fs rms (przykład A2). Przy założeniu 10 fs rms niepewności pomiarowej, jitter addytywny bufora zwiększa się zaledwie o 16 fs rms (przypadek B2).

    Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?


    Bliższe spojrzenie na zależności jitteru

    Na poniższym obrazku zaprezentowano graficzną reprezentację pokazanych powyżej przykładów. Pozwala to łatwo zaobserwować jakie są wzajemnie związki pomiędzy jitterem addytywnym a szumem fazowym na wyjściu z bufora sygnału zegarowego. Wystarczy przypomnieć sobie równanie Pitagorasa, opisujące zależności trzech ścian trójkąta prostokątnego.

    Jak mierzyć sumaryczny jitter układu?


    W obu przypadkach jitter wejściowy był taki sam, a jitter wyjściowy zmienił się o 10 fs rms (czarna i niebieska linia). Łatwo zaobserwować możemy iż przypadek numer dwa oferuje nam precyzyjniejszy pomiar addytywnego szumu fazowego w systemie, jako że jest mniej podatny na niepewności pomiarowe. Dodatkowo łatwo w ten sposób zaobserwować iż pomiary jitteru addytywnego łatwo mogą dać błędne jego wartości, jeśli zastosujemy niepoprawne procedury.

    Podsumowując, warto pamiętać iż najlepiej prowadzić pomiary jitteru addytywnego korzystając z źródła zegarowego o niskim szumie fazowym. W ten sposób prowadzone są przynajmniej prace w Texas Instruments, podczas testowania układów buforujących sygnał zegarowy.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...easure-additive-jitter-of-a-clock-buffer.aspx

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • REKLAMA
REKLAMA