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Messungen des Jitterspektrums mit Digital-Oszilloskop

Clockworks Signal Processing hat einen Anwendungshinweis zur Messung von Jitter mit Oszilloskopen der SIGLENT XE-Serie veröffentlicht.

Quelle: https://clk.works/2020/05/jitter-spectrum-measurement-with-a-dso/

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Beim Testen einiger A2B-Hardware wurde ein scheinbar hoher Jitter auf den Uhren beobachtet. Während spezielle Oszilloskope und Software zur Durchführung von Jitter-Messungen verfügbar sind, war eines zu dem Zeitpunkt, als Messungen benötigt wurden, nicht verfügbar.

Die Grundidee ist einfach genug – messen Sie die Taktflanken und sehen Sie, ob sie alle genau gleichmäßig beabstandet sind oder ob sie sich im Laufe der Zeit ändern (Jitter). Ein ungleichmäßiger Takt, der einem ADC oder DAC zugeführt wird, erzeugt FM- und/oder AM-Effekte und erhöht das Grundrauschen. Die Auswirkungen des Taktjitters hängen von der Art des Jitters ab. Zufälliger Jitter kann weniger störende hörbare Effekte haben als Jitter, der von einer bestimmten Frequenz dominiert wird. Es gibt viele Möglichkeiten für Störsignale, sich in Taktleitungen einzukoppeln und Probleme zu verursachen.

In der beigefügten App-Notiz wird die Verwendung eines DSO-Gartentyps (200 MHz BW, 1 Gsample/sec) untersucht, um zu sehen, ob es den Platz eines 50.000-Dollar-Setups einnehmen kann, das normalerweise zur Untersuchung eines Jitter-Problems eingesetzt würde.

Glücklicherweise lautet die Antwort, dass Sie innerhalb der Grenzen dessen, was die meisten Audiosysteme benötigen, brauchbare Ergebnisse erzielen können. Bei höheren Jitterfrequenzen (> 2 kHz) beim Messen typischer Bittakte (d. h. 3 MHz bis 24 – MHz) beträgt das gemessene Jitter-Grundrauschen etwa 20 psec RMS. Bei niedrigeren Frequenzen sind es etwa 200 psec RMS, da längere Aufzeichnungslängen erforderlich sind. Weitere Details finden Sie in der App-Note. Die Software- und Beispieldateien befinden sich in der .zip-Datei.

Die Appnote präsentiert auch eine Jitter-Hörbarkeitskurve, die aus einer Literaturübersicht abgeleitet wurde, und stellt fest, dass zufälliger Breitband-Jitter andere Überlegungen anstellt als Jitter mit darin enthaltenen Spektraltönen.

Geräteüberprüfungen, die sich auf die Messung konzentrieren, sind viel empfindlicher als die Hörbarkeitskriterien. Für Messungen werden keine Kriterien festgelegt, da zu viele Variablen berücksichtigt werden müssen. Einige Rezensenten könnten alle Jitter-bezogenen Seitenbänder oberhalb des Grundrauschens beim Sampling oder Rendern von reinen Tönen als Zeichen für schlechtes Design betrachten. Zufälliger Breitband-Jitter erhöht auch das Grundrauschen, aber die Höhe dieser Erhöhung hängt von dem Inhalt ab, der für die Rauschmessung verwendet wird. Da einige Tests 11 kHz verwenden (normalerweise als Teil eines IMD-Tests mit einem zweiten Ton in 1 kHz Entfernung), ist es nicht unangemessen, dies als Annahme für Tests zu verwenden. Seine höhere Frequenz zeigt den Effekt von Jitter viel leichter als ein 1-kHz-Testton.

Im wirklichen Leben hätte kein Musikinhalt 11-kHz-Sinuswellen bei 0 dB; Das ist nicht der Sinn eines solchen Tests. Bei so guten Ausstattungsspezifikationen erfordert das Aufdecken ihrer Mängel eine aggressivere Testhaltung. Auch in der Werbung gilt: Wenn auf einem Produkt 10 Hz bis 50 kHz +/- 3 dB steht, dann funktioniert es besser über diesen Bereich ohne seltsame „außer dienstags“-Klauseln.

Clockworks vertritt die Position, dass bei mittlerer Fahrleistung, also 110 dB DR, oberhalb des Grundrauschens keine spektral bedingten Jitteranteile messbar sein sollten. Ebenso sollte das Grundrauschen die angegebenen Spezifikationen nicht nur unter AES-17-Bedingungen, sondern auch bei einem 11-kHz-Ton erfüllen.

Ohne außerordentliche Kosten für eine Leistung über 120 dB DR zu treiben, kann es sehr schwierig sein, einige jitterbezogene Komponenten zu vermeiden.

Das in Jitter-Anforderungen zu übersetzen ist schwierig. Die OTOH-Vorhersage der Auswirkungen einer bestimmten Kombination von Breitband- und tonalen Jitter-Komponenten ist vernünftig. Eine einfach zu verwendende Ressource dafür ist DISTORT, verfügbar unter https://distortaudio.org. Es wurde von Paul Kane entwickelt und 2019 über das Forum von Audio Science Review eingeführt. Zum Zeitpunkt dieses Beitrags befindet es sich noch in einer Beta-Version. Eine offene Frage ist, dass es eine breite Palette von FFT-Fensterfunktionen bietet (und für Fälle, in denen die Funktion Parameter hat, nicht dokumentiert ist), aber die Korrektur des Verarbeitungsgewinns schien in einigen Fällen etwas daneben zu sein, aber das war nur ein Augenschein. Verwenden Sie für alle Messungen dieselbe Fensterauswahl, da Vergleichsmessungen korrekt sind. Denken Sie auch daran, dass einige Fensterfunktionen hohe Seitenkeulen haben. Wenn Sie den Jitter-Effekt auf das Grundrauschen untersuchen, wählen Sie ein Fenster mit niedriger Nebenkeulenenergie im Verhältnis zum erwarteten Grundrauschen.

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