Misurazione dello spettro del jitter con oscilloscopio digitale
Clockworks Signal Processing ha pubblicato una nota applicativa sulla misurazione del jitter con gli oscilloscopi della serie SIGLENT XE.
Fonte: https://clk.works/2020/05/jitter-spectrum-measurement-with-a-dso/
Durante il test di alcuni hardware A2B, è stato osservato un jitter elevato sui clock. Sebbene siano disponibili oscilloscopi e software dedicati per eseguire misurazioni del jitter, al momento delle misurazioni non ne era disponibile uno.
L'idea di base è abbastanza semplice: misurare i bordi del clock e vedere se sono tutti esattamente distanziati in modo uniforme o se cambiano nel tempo (jitter). Un clock non uniforme inviato a un ADC o a un DAC crea effetti FM e/o AM e aumenta il rumore di fondo. Gli effetti del jitter del clock dipendono dal tipo di jitter. Il jitter casuale può avere effetti acustici meno dannosi rispetto al jitter dominato da una particolare frequenza. Ci sono molti modi in cui il jitter può accoppiarsi alle linee di clock e causare problemi.
La nota applicativa allegata esplora l'uso di un DSO di tipo tradizionale (200 MHz BW, 1 Gsample/sec) per vedere se può prendere il posto di una configurazione da 50.000 dollari che verrebbe normalmente utilizzata per indagare su un problema di jitter.
Fortunatamente, la risposta è che è possibile ottenere risultati utilizzabili entro i limiti di quanto richiesto dalla maggior parte dei sistemi audio. Alle frequenze di jitter più elevate (> 2 kHz) quando si misurano i bit clock tipici (cioè da 3 MHz a 24 - MHz), il rumore di fondo del jitter misurato è di circa 20 psec RMS. A frequenze più basse è di circa 200 psec RMS, poiché sono necessarie lunghezze di registrazione maggiori. Per maggiori dettagli, consulta la nota dell'applicazione. Il software e i file di esempio sono contenuti nel file .zip.
La nota dell'applicazione presenta anche una curva di udibilità del jitter derivata da una revisione della letteratura, notando che il jitter casuale a banda larga ha considerazioni diverse rispetto al jitter con toni spettrali.
Le recensioni delle apparecchiature che si concentrano sulle misurazioni sono molto più sensibili dei criteri di udibilità. Non vengono stabiliti criteri per le misurazioni perché ci sono troppe variabili da considerare. Alcuni recensori potrebbero considerare qualsiasi banda laterale legata al jitter che superi il rumore di fondo durante il campionamento o il rendering di toni puri come un segno di cattiva progettazione. Anche il jitter casuale a banda larga aumenta il rumore di fondo, ma l'entità di questo aumento dipende dal contenuto utilizzato per la misurazione del rumore. Dato che alcuni test utilizzano 11 kHz (di solito come parte di un test IMD con un secondo tono a 1 kHz di distanza), non è irragionevole utilizzare questo valore come ipotesi per i test. La sua frequenza più alta mostra l'effetto del jitter molto più facilmente di un tono di prova a 1 kHz.
Nella vita reale, nessun contenuto musicale avrebbe onde sinusoidali a 11 kHz a 0 dB; non è questo lo scopo del test. Con le specifiche di un'apparecchiatura così buona, per svelare i suoi difetti è necessario un atteggiamento più aggressivo nei test. Anche nella pubblicità, se un prodotto dice che va da 10 Hz a 50 kHz +/- 3 dB, è meglio che funzioni in quell'intervallo senza strane clausole "tranne il martedì".
La posizione di Clockworks è che a una potenza di pilotaggio media, cioè 110 dB DR, non dovrebbe esserci jitter spettrale misurabile al di sopra del rumore di fondo. Allo stesso modo, il rumore di fondo dovrebbe soddisfare le specifiche dichiarate non solo in condizioni AES-17, ma anche per un tono a 11 kHz.
Senza dover sostenere costi straordinari per prestazioni superiori a 120 dB DR, può essere molto difficile evitare alcuni componenti legati al jitter.
Tradurre ciò in requisiti di jitter è difficile. D'altra parte, prevedere l'impatto di una determinata combinazione di componenti di jitter a banda larga e tonale è ragionevole. Una risorsa di facile utilizzo è DISTORT, disponibile all'indirizzo https://distortaudio.org. È stata sviluppata da Paul Kane e lanciata nel 2019 attraverso il forum Audio Science Review. Al momento in cui scriviamo è ancora in fase beta. Una questione aperta è che offre un'ampia gamma di funzioni di finestra FFT (e non è documentata per i casi in cui la funzione ha dei parametri), ma la correzione del guadagno di elaborazione sembrava un po' fuori luogo in alcuni casi, ma era solo un'impressione. Usa la stessa selezione di finestre per tutte le misurazioni, in quanto le misurazioni comparative sono corrette. Ricorda inoltre che alcune funzioni finestra hanno lobi laterali elevati. Quando si analizza l'effetto del jitter sul rumore di fondo, seleziona una finestra con una bassa energia dei lobi laterali rispetto al rumore di fondo previsto.