Titelstory Bild 2a: Ideales Augendiagramm Bild 2b: Typisches Augendiagramm Bild 2c: Gestörtes Augendiagramm 0,01555 Einheitsintervalle (UI) = 5.598 deg. (alles Pk-Pk). Alle drei Angaben beschreiben die gleiche Jitter-Größe. Für die Leistung des Jitters wird eine RMS- (1-sigma) Messung verwendet. Für den betrachteten Fall nähern wir Pk-Pk als 7-sigma an. In dB ausgedrückt, würde die Leistung im Jitter in diesem Fall 10 log (0,0000049) = -53,1 dB UI sein. Wie wir später sehen werden, kann Jitter von spektralen Lei- stungsdichte-(Phasenrauschen)- Messungen abgeleitet werden. Tabelle 1 zeigt verschiedene Größenordnungen von Jitter in einem 155,52-MHz-Systemtakt. Die Verschiebung der Flanken in Bild 1 ist ein Resultat des Rauschens. Rauschen beinhaltet spektrale Komponenten und Energie. Folglich hat der Flanken-Jitter in Bild 1 auch spektralen Inhalt. Die zeitliche Position der Flanken variiert zufällig, aber das Rauschen, das den Jitter verursacht, ist nicht notwendigerweise über alle Frequenzen gleichverteilt. Jitter, der auf Rauschen von 10 kHz Bandbreite zurückzuführen ist, kann stärker oder schwächer sein als Jitter, der durch Rauschen von 100 kHz Bandbreite hervorgerufen wird. Der spektrale Inhalt des Jitters variiert erheblich, abhängig davon wie der Takt erzeugt wird. Gemessener Jitter variiert auch mit der Messtechnik und Jitter-Bandbreite. Falsch definierter oder gemessener Jitter kann zu unnötigen Kosten oder einer schlechten Systemleistung führen. Die Jitter-Eigenschaften verschiedener Taktquellen werden später in diesem Artikel erläutert. Wie beeinflusst Jitter die Systemleistung? Die Folgen von Jitter auf Kommunikationssysteme überschreiten den Rahmen dieser Abhandlung bei weitem. Eine vereinfachte Diskussion kann aber dazu beitragen, die schädlichen Auswirkungen von Jitter in digitalen Systemen zu verstehen. Jedes Datenbit, das über einen synchronen Kommunikationskanal übertragen wird, wird im Empfänger auf seinen Wert geprüft. Die abgetasteten Daten können nur den Wert logisch 1 oder 0 einnehmen. Der optimale Zeitpunkt zum Abtasten von Daten ist in der Mitte eines jeden Sendetaktzyklusses. Um diese Funktion durchzuführen, synchronisiert der Empfänger seinen eigenen Takt mit dem Übertragungstakt. Die Abbildungen 2 a, b und c zeigen jeweils das Augendiagramm eines idealen, eines typischen und eines gestörten Datenstroms. Im Idealfall wird in der Mitte des „Auges“ abgetastet. Wenn Flanken-Jitter zunimmt, beginnt sich das Auge zu schließen. Als Ergebnis nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers zu, d.h. eine logische 1 und eine 0 sind nicht mehr klar zu unterscheiden. Jitter, aufgrund des Oszillatorrauschens, ist nur eine Quelle von mehreren in einem Telekommunikationssystem. Der Systementwickler muss viele Geräuschquellen in TK- Anlagen berücksichtigen. Der von der Taktquelle herrührende Jitter ist nur eine Komponente und nur ein Teil des „Fehlerpaketes“, das gegen Leistungsanforderungen und Kosten abgewogen werden muss. Messtechnik: Time-Domain- Messungen von Flanken-Jitter mit Hilfe einer Delay-Line Ein echtes Maß für den Takt- Jitter ist die genaue Position der Taktflanken über die Zeit. Die direkteste Messmethode wäre es, sich die Flanken mit einem Oszilloskop anzusehen. Leider ist es mit Standardoszilloskopen nicht möglich, einzelne Taktflanken einem absoluten Zeitpunkt zuzuordnen. Jitter, den man mit einem Standardoszilloskop sieht, rührt von Trigger-Instabilitäten her. Deshalb sind direkte Signalmessungen mit einem Oszilloskop (auch mit sehr guten) keine brauchbaren Jitter-Messungen. Bild 3: Typische Anordnung Eine andere Methode ist es, die Referenzflanke zu positionieren und zeitlich zu fixieren. Man kann dann den Jitter an den folgenden Flanken untersuchen. Bild 3 veranschaulicht dieses Verfahren mit einer typischen Anordnung. Der Ausgang des Prüflings wird auf einen Teiler / eine Verzögerungsleitung gegeben. Der nichtverzögerte Ausgang des Teilers wird in den externen Trigger- Eingang des Oszilloskops eingespeist. Das verzögerte Ausgangssignal ist mit dem Eingang des Oszilloskops verbunden. Das Taktsignal wird dann zu einem Zeitpunkt betrachtet, der gleich der Verzögerung (in diesem Fall 47 ns) ist. Nachdem die Trigger- Flanke gefunden ist, wird die darauffolgende Flanke untersucht. Von dieser Flanke kann dann ein Histogramm-Plot des gemessenen Jitters angefertigt werden. Ein Communication- Analyser, mit seinen statistischen Möglichkeiten und Histogramm- 8 hf-praxis 12/2014
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