raltron2

ריצוד – הגדרות וטכניקות מדידה

הכתבה באדיבות הצוות הטכני של Raltron Electronics, Miami, Fl. USA

הגדרת הריצוד (jitter):

ריצוד מוגדר כשינויי התזמון של קצות אות מהערכים המקוריים שלהם (איור 1). הסטייה יכולה להיות במונחים של מופע, זמן או רוחב פס האות. ריצוד הוא גורם משמעותי ולרוב בלתי רצוי בתכנון של מערכות תקשורת, ועושה את שחזור הנתונים לבלתי-אפשרי. הוא יכול להיגרם על-ידי גורמים שונים כגון ספק כוח מתמתג, תנאי העמסה לא-נכונים, רעש ההתקן, הפרעה אלקטרו-מגנטית (electromagnetic interference – EMI), וערב-דיבור (crosstalk) עם גלים-נושאים של אותות אחרים. ריצוד יכול להיות בגין תופעות דטרמיניסטיות ואקראיות, המכונות שיטתיות ולא-שיטתיות בהתאמה.

איור 1: תרשים של ריצוד

איור 1: תרשים של ריצוד

סיווגי הריצוד:

הריצוד הכולל (Total Jitter – TJ) מחולק לרוב לשני סוגים:

-ריצוד דטרמיניסטי (Deterministic Jitter – DJ)

-ריצוד אקראי (Random Jitter – RJ)

ריצוד דטרמיניסטי – (DJ) נובע מאירועים שיטתיים והוא מוגבל באמפליטודה. DJ מורכב בעיקר מריצוד מחזורי (Periodic Jitter – PJ), ריצוד תלוי בנתונים (Data Dependent Jitter –DDJ)  ביחס לאות האפנון, עיוות מחזור פעולה (Duty Cycle Distortion (DCD), לא קשור לריצוד המחובר (לנתונים), וריצוד תת-קצב (sub-rate). PJ הוא בד”כ סינוסי מטבעו, בעוד ריצוד מחובר לא-קשור נגרם לעתים קרובות על-ידי ערב-דיבור. הריצוד הדטרמיניסטי ניתן לחיזוי ולאחזור; לרוב נמדד כערך שיא-לשיא.

ריצוד אקראי – (RJ) נחשב ללא מחובר וניתן לתאר על-ידי פילוג של הסתברות גאוסית. הוא משפיע על יציבות ההתקן לטווח-ארוך המאופיין על-ידי ערך הסטייה התקנית (rms) שלו. הוא מופק ממקורות פיזיקאליים כגון רעש תרמי, רעש לבן וזירוי (scattering) בתווך האופטי.

ריצוד כולל –  (TJ)(איור 2) הוא הסכוםשל ערכי שיא-לשיא של הריצוד הדטרמיניסטי (DJ) והריצוד האקראי (RJ), ביסודו השילוב של כל מרכיבי הריצוד הפרטיים:

TJ=D pk-pk + 2 x nxRrms כאשר הערך n מבוסס על ה-bit error rate (BER) של האות. דוגמה: ה-bit error rate  המשמש בתקני תקשורת כגון Ethernet הוא 10-12.

איור 2: מרכיבי הריצוד הכולל

איור 2: מרכיבי הריצוד הכולל

מכשירים המשמשים למדידת הריצוד:

  1. נתחי ריצוד (מבדק רעש מופע עם תוכנת ריצוד כלולה)
  2. BERT (Bit Error Rate Tester)
  3. אוסילוסקופים
  4. נתח ספקטרום

דוגמה של מתודולוגיית הריצוד והבדיקה

ריצוד המחזור(period jitter) (איור 3) הוא הסטייה בזמן המחזור של אות ביחס למחזור האידיאלי במהלך מספר קבוע של מחזורים אקראיים. הוא מוגדר גם כהפרש בין מחזור שעון מדוד והערך האידיאלי של המחזור. ריצוד המחזור הוא מעגלי ונובע לרוב על-ידי צימוד צולב או EMI. התקן JEDEC Standard 65B קבע שיש למדוד את ריצוד המחזור בעזרת דגימה של 10,000 מחזורים תוך שימוש באוסילוסקופ בזמן אמיתי ועל-פי הצעדים הבאים:

איור 3. ריצוד מחזור

איור 3. ריצוד מחזור

  1. עצב את הסקופ כדי למדוד את המחזור של השעון הראשון והפעל את תכונת ההיסטוגרמה, אם זמינה.
  2. עצב את הסקופ כדי שיקלוט מחזור שעון יחיד על המסך.
  3. חזור על הצעד הנ”ל  10,000 פעמים.
  4. רשום את הסטייה הממוצעת, התקנית ואת ערכי השיא-לשיא הנמדדים על-ידי הסקופ.
  5. ערכי הסטייה הממוצעת והתקנית הם די מדויקים. אולם ערך השיא-לשיא איננו מדויק מאוד בשל אופיו הבלתי מקושר. בצע את הצעד הבא כדי לקבל ערך שיא-לשיא יותר מדויק.
  6. חזור על הצעדים 2 עד 4 25 פעמים. רשום את ערך השיא-לשיא לאחר כל מדידה וחשב את ערך השיא-לשיא מ-25 התוצאות.

סטיית ה-RMS או ערך ה-(σ) המתקבל מתוך מדידה של 10,000 דגימות אקראיות היא די מדויקת. השגיאה בערך RMS זה ניתנת לחישוב תוך שימוש במשוואה הבאה:

Error RMS=σn/V2N

כאשר N הוא גודל הדגימה ו-nσ הוא הסיגמה או ה-RMS של הדגימה הנאספת.

איור 4 היא דוגמה של ערך ריצוד המחזור שנתקבל מ RALTRON, 50MHz LVCMOS –CLOCK OSCILLATOR SERIES: CO4305-50.000-T-TR tested in a SIA3000 “Wavecrest” signal analyzer.

איור 4: בדיקת ריצוד מחזור בעזרת היסטוגרמה של 10,000 דגימות

איור 4: בדיקת ריצוד מחזור בעזרת היסטוגרמה של 10,000 דגימות

ריצוד מחזור למחזור מוגדר כשינוי בזמן המחזור של אות בין מחזורים סמוכים, מתוך דגימה אקראית של זוגות מחזורים סמוכים, כאשר כל ממד של דגימה עשוי להיות גדול או שווה ל-1,000. המושג של ריצוד מחזור למחזור מתייחס להפרש המחזור בין שני מחזורים עוקבים ולא לערך מחזור אידיאלי. ריצוד מחזור למחזור ידוע ביסודו כסטייה המרבית בין הקצוות העולים של שני שעונים עוקבים כלשהם. יש לבטא את הריצוד מחזור למחזור בערך ps או rms.

ריצוד מחזור למחזור נמדד לרוב תוך שימוש באוסילוסקופ של זמן אמיתי או מכשיר לניתוח הריצוד. ההוראה להלן מתייחסת למקרה הראשון:

  1. עצב את הסקופ כך שהוא יקלוט שני מחזורי שעון עוקבים על המסך; הפחת את מחזור השעון השני ממחזור השעון הראשון ורשום את הערך המוחלט של ההפרש.
  2. חזור על צעד זה 1,000 פעמים.
  3. אם לסקופ יש תכונת היסטוגרמה, רשום את סטיית התקן ואת ערך השיא. אם תכונת ההיסטוגרמה איננה זמינה, חשב את סטיית התקן וערך השיא מ-1000 ערכות הנתונים.  ערך השיא הוא ההפרש הגדול ביותר בין כל שני שעונים עוקבים במערך הנתונים.
  4. ערך סטיית התקן הוא די מדויק. ערך השיא, אולם, איננו מאוד מדויק בשל האופי הבלתי-קשור שלו. בצע את הצעד הבא כדי לקבל ערך שיא מדויק יותר.
  5. חזור על הצעדים 2 עד 5 25 פעמים. רשום את ערך השיא אחרי כל הרצה וחשב את ערך השיא הממוצע.

איור 5 הוא דוגמה של ערך ריצוד מחזור למחזור הנמדד בעזרת RALTRON 500 MHz LVPECL VCXO סדרת:V8M-S-500.000  הנבדק על-ידי ה-“Agilent Infiniium 1.5 GHz-8Gs-a/s Oscilloscope”.

איור 5: דוגמה של ערך ריצוד מחזור למחזור

איור 5: דוגמה של ערך ריצוד מחזור למחזור

רעש מופע וריצוד מופע:

רעש מופע הוא המראה של ספקטרום הרעש במישור התדר מסביב לגל נושא של אות מתנד. הוא מתואר גם כשינוי האקראי במופע הגל הנגרם עקב אי-יציבויות במישור הזמן, המוצג גראפית כמערך של ערכי רעש בהיסטי תדר שונים (לדוגמה -65 dBc/Hz ב-10 קילו-הרץ ו90 dBc/Hz– ב-100 מגה-הרץ), או כמיתווה של רעש קבוע בתחומי התדר. ריצוד מופע הוא כמות האנרגיה של רעש מופע הכלול בין שני תדרי היסט (f1-f2), ביחס ל גל הנושא הראשי המתואר גם כשילוב של רעשי המופע לאורך ספקטרום כלשהו ומבוטא בשניות.

איור 6 מראה גרף של S.S.B. (Single Side Band)  של רעש מופע, והשטח המוצג בין f1 ו-f2 מציג את ריצוד המופע ביניהם ביחס לאות המתנד (fo).

איור 6. דוגמה של רעש מופע SSB

איור 6. דוגמה של רעש מופע SSB

ניתן לחשב את ריצוד המופע RMS בין נקודת f1 ו-f2 תוך שימוש במשוואה הבאה:

10

כאשר 12מייצג את הספק הרעש בין f1 ו-f2 בכל צד של אות המתנד (fo).

במערכות תקשורת תקניות אחדות, כמו ערוצי ה-Ethernet, ההשפעה המשולבת של המסנן מעביר-פס (TX; PLL-RX; PLL) מופעלת על נתוני רעש המופע הטהורים כדי לחשב את ערך ריצוד המופע RMS של המערכת.

במשוואה הבאה תפקוד המסנן של המערכת מוצג על-ידי H(f), וערך הריצוד RMS הנובע עבור הערוץ המסוים ניתן לחשב:

ריצוד מופע RMS לאחר סינון=  11

 

רשימה של ערוצי תקשורת ומסננים מעבירי פס המשמשים:

SATA/SA  – 900kHz – 7.5MHz*

10 Gigabit Ethernet XAUI  – 1.875MHz-20.0MHz*

Fiber Chanel  – 637kHz-10.0MHz*

איור7  הוא ריצוד המופע של RALTRON 98.304MHz Stratum 3 TCXO מס’ קטלוגי TX2045A-LZ-0.28-98.304-3.3 הנבדק על-ידי “Agilent Signal Source Analyzer” תוך שימוש במסנן מעביר-פס הבא:

f1=12kHz – f2=5MHz

איור 7: דוגמה של גרף של ריצוד מופע

איור 7: דוגמה של גרף של ריצוד מופע

 

 

הצוות הטכני של Raltron Electronics, Miami, Fl. USA

תגובות סגורות