Измерение показателей ошибок и выходного джиттера

Методология измерения джиттера, используемая в условиях эксплуатации, предусматривает проведение двух измерений, которые различаются шириной полосы пропускания используемых фильтров. Измеряются низкочастотный и высокочастотный компоненты джиттера.

В системах передачи измеряется:

— выходной джиттер — собственный джиттер системы передачи,

— входной джиттер — предельно допустимое значение джиттера MTJ (Maximum Tolerable Jitter),

— передаточная характеристика джиттера JTF (Jitter Transfer Function).

Джиттером системы передачи называется уровень джиттера на выходе системы передачи, при условии, что на вход системы поступает сигнал без джиттера.

Нормы на джиттер в системах передачи PDH и SDH определены Рекомендациями МСЭ G.823, G.824, G.827.

Норма на джиттер указывается в виде «маски», в соответствии с которой джиттер должен находиться в ее пределах (рис. 6.6). Значения амплитуд джиттера и частот оп

ределяются типом тракта. Величины, указанные в табл. 6.1 и 6.2, являются максимально допустимыми значениями уровня джиттера в цифровой сети связи. Принцип измерения джиттера показан на рис. 6.7.

Таблица 6.1

Нормы на джиттер на иерархическом интерфейсе (G.823)

Примечание. Для 64 Кбит/с UI = 17,6 дс; для 2 048 Кбит/с UI = 488 нс; для 8448 Кбит/с UI = 118 нс; для 34 368 Кбит/с UI = 29,1 нс; для 139 264 Кбит/с UI = 7,18 нс.

Таблица 6.2

Нормы на джиттер в трактах сетей SDH (G.827)

Примечание. Для STM-1 UI = 6,43 нс; для STM-4 UI = 1,61 нс; для STM-16 UI = 0,40 нс.

Рис. 6.7. Принцип измерения джиттера

Для измерения джиттера используется либо сигнал реального трафика, либо специальный измерительный сигнал. В качестве измерительного сигнала может использоваться сигнал ПСП. Использование сигнала с ПСП предусматривает проведение измерений с отключением канала и позволяет проводить одновременные измерения джиттера и параметров ошибки.

Сигнал реальной нагрузки используется при эксплуатационном мониторинге, в этом случае генератор ПСП не вносит собственный джиттер в схему измерения.

Сигнал на выходе сетевого стыка подвергается демодуляции, избирательной фильтрации джиттера и измерению истинного эффективного значения или истинного синусоидального значения амплитуды джиттера в определенном интервале времени.

Основную погрешность при измерениях собственного джиттера вносит сам измерительный прибор, поэтому необходимо, чтобы сам анализатор имел малый уровень собственного джиттера (порядка 1/и1Л).

⇐Понятие джиттера | Измерения в цифровых системах передачи | Измерение предельно допустимого значения джиттера MTJ⇒

Что такое джиттер?

Джиттер — это кратковременное отклонение временных характеристик цифрового сигнала от его номинального значения. Существует два основных типа джиттера: случайный джиттер и детерминированный джиттер. Случайный джиттер не ограничен, то есть его величина продолжает увеличиваться с увеличением продолжительности измерения. Случайный джиттер связан со стохастическими процессами, такими как шум. Детерминированный джиттер ограничен, и его амплитуда ограничена с увеличением времени наблюдения. Детерминированный джиттер подразделяется на периодический джиттер, джиттер, зависящий от сигнала, и ограниченный некоррелированный джиттер (BUJ).

Измерение джиттера генератора

Начнем с измерения джиттера генератора. Рассматриваемый генератор с частотой 133 МГц, амплитудой 150 мВ и скважностью 50%. Он подключается к осциллографу с помощью 50-омной связи для согласования импеданса источника. На рис. 1 показана форма тактового сигнала, как она выглядит на осциллографе.

Рис. 1. Тактовый сигнал с частотой 133 МГц с измерениями ошибки временного интервала, периода и времени нарастания, включая статистику измерений.

Параметры измерения осциллографа используются для количественной оценки джиттера. Двумя часто используемыми параметрами являются период и ошибка временного интервала (TIE).

Период измеряет время между ближайшими фронтами с одинаковым наклоном. Параметр TIE измеряет разницу во времени на границе данных с ее идеальной расположением. TIE можно рассматривать как отчет о мгновенной фазе потока данных. TIE определяется когда известна тактовой частоты потока данных. ЕЕ можно ввести явно или определить с помощью осциллографа во время настройки TIE.

В примере измерения периода тактового сигнала, ошибки временного интервала и времени нарастания выполняются для многих тысяч измерений. Отображаемая статистика измерений показывает последнее измеренное значение, среднее значение, минимальное значение, максимальные значения, стандартное отклонение (sdev) и количество измерений, включенных в статистику. Этот осциллограф записывает каждое измерение. Для показанной формы сигнала каждое измерение содержит пять полных циклов и семь нарастающих фронтов, поэтому на одно измерение приходится пять измерений периода и семь измерений TIE и времени нарастания.

Стандартное отклонение

Стандартное отклонение — это статистический показатель качества, показывающий разброс измеренных значений относительно среднего значения. При расчете берется измеренное значение (x_i), вычитается среднее значение (µ), что по существу показывает мгновенный джиттер периода. Эта разница возводится в квадрат. Вычисляется среднее значение квадратов разностей по общему количеству измерений (N), а затем извлекается квадратный корень из среднего значения.

Стандартное отклонение является хорошим показателем качества для периода или джиттера TIE, связанного с этим тактовым сигналом. Фактически, это среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение) периода или джиттера TIE. Разница между максимальным и минимальным значениями представляет собой размах дрожания выбранного параметра.

Обратите внимание на разницу между среднеквадратичным дрожанием для TIE и периода. Эта разница является ожидаемой, поскольку TIE измеряет один фронт сигнала, а период измеряет разницу между двумя фронтами. В подобном случае, когда джиттер на каждом фронте является случайным и считается независимым, джиттер при измерении периода представляет собой квадратичную сумму джиттера на каждом фронте. Поэтому ожидаем, что джиттер периода будет примерно равен квадратному корню из двукратного джиттера TIE.

Измерение времени нарастания добавлено, чтобы гарантировать, что частота дискретизации осциллографа достаточно высока, чтобы четко определить фронт тактовых сигналов. Как минимум на краю должно быть более двух сэмплов. Чтобы иметь две выборки на времени нарастания 1 нс, частота выборки должна быть больше 2 Гвыб/с.

Короткая запись входного сигнала длительностью 50 нс, использованная в этом измерении, может показать вариации джиттера на частотах 20 МГц и выше.

Чтобы согласовать джиттер с возможными источниками на более низких частотах, необходимо получить более длинную запись данных входного сигнала. Это следует делать, поддерживая фиксированное значение частоты дискретизации осциллографа. В примере использовалась частота дискретизации 10 гигавыборок в секунду (GS/s), поскольку масштаб по горизонтали был увеличен до 50 мс на деление, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. При увеличении продолжительности сбора данных за счет увеличения объема памяти для сбора данных до 5 мегавыборок масштаб по горизонтали увеличивается до 50мс на деление. Это позволяет измерять колебания джиттера вплоть до 2 кГц.

Растянутая по горизонтали кривая масштабирования Z1 используется для просмотра части сигнала с исходным шагом 5 нс на деление, а также фактического сбора данных. Даже при таком длительном сборе измеряются TIE, период и время нарастания каждого периода полученного тактового сигнала. Стандартное отклонение периода остается равным 5,2 пс, а TIE — 3,8 пс.

Выбор использования TIE

Выбор использования TIE или измерения периода для джиттера тактового сигнала обычно определяется стандартом, который тестирует пользователь. Измерения джиттера на основе периода обычно используются для оценки тактовых сигналов. TIE может использоваться как для тактовых сигналов, так и для сигналов данных.

Значки под каждым измерением показывают гистограмму измеренных значений. Щелчок по этому значку позволит отобразить гистограмму в виде математической кривой, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 На гистограмме показано распределение измеренных значений TIE. Форма распределения связана с источником джиттера.

На гистограмме отображается количество измерений со значениями в узком диапазоне значений, называемом бином. В этом примере гистограмма использует 2000 бинов, равномерно распределенных по 50 пс, поэтому каждый бин имеет ширину примерно 25 фс. Форма гистограммы связана с источником джиттера периода. Колоколообразная форма значений TIE характерна для гауссова или нормального распределения. Этот тип распределения связан со случайными процессами, такими как шум. Гистограмма может быть определена количественно с использованием параметров гистограммы, в этом случае использовались среднее значение гистограммы, стандартное отклонение и диапазон. Синие линии на гистограмме — это маркеры параметров, показывающие, где выполняется измерение каждого параметра. Для этого распределения Гаусса 68 процентов измеренных значений находятся в пределах ± 1 стандартного отклонения от среднего значения, как показано на рисунке. Чем ниже стандартное отклонение, тем ближе к среднему распределению измеренных значений.

Отслеживание

Последним инструментом в базовом наборе инструментов для анализа джиттера является функция отслеживания. Функция отслеживания отображает каждое измеренное значение в зависимости от времени. Трек является синхронным по времени с исходным сигналом, так что каждая точка на треке появляется в тот же момент времени, что и измеренный фронт или цикл, создавший это значение. Любое периодическое изменение измеренного джиттера будет отображаться на функции отслеживания. На рис. 4 на дисплей добавлена функция отслеживания TIE.

Рис. 4 Функция отслеживания показывает изменение измерения TIE во времени синхронно с полученной формой волны в канале C1.

Вертикальная шкала для функции отслеживания TIE выражена в единицах времени и показывает мгновенное отклонение от идеального местоположения края для каждого цикла полученного сигнала. В этом примере дорожка плоская, потому что джиттер представляет собой случайный шум без заметной периодичности. Дорожка более интересна, если присутствует периодический джиттер, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Измерение тактового сигнала как со случайными, так и с периодическими компонентами джиттера TIE. Трек отображает изменяющуюся во времени периодическую составляющую.

Добавление синусоидальной составляющей

Добавление синусоидальной составляющей 47 кГц к дрожанию тактового сигнала изменяет гистограмму на бимодальную форму. Гистограмма синусоиды имеет седловидную форму и свернута с колоколообразной формой распределения Гаусса, чтобы сформировать наблюдаемую бимодальную форму. Разделение пиков пропорционально амплитуде периодической составляющей джиттера. Функция отслеживания показывает форму синусоидального компонента джиттера, добавленного к случайному компоненту. Функция сглаживания boxcar, примененная к функции дорожки (синяя кривая на математической трассе F3), наложенная на дорожку, ослабляет шум из-за случайного компонента джиттера и показывает сглаженную версию синусоидального компонента джиттера. Параметры измерения P7 и P8 считывают частоту и размах выделенной периодической составляющей, 47 МГц с размахом 20 пс.

Мы выполнили некоторые базовые измерения джиттера тактовых импульсов с помощью инструментов измерения джиттера, имеющихся в осциллографе. Эти измерения с некоторыми изменениями можно использовать для измерения джиттера сигналов данных, как показано на рисунке 6 .

Рис. 6 Анализ джиттера сигнала данных NRZ использует параметр ошибки временного интервала. Те же инструменты, что и для анализа джиттера тактовых импульсов, применяются для измерения джиттера в потоке данных.

Поток данных без возврата к нулю (NRZ)

Источником этого анализа является поток данных без возврата к нулю (NRZ) с тактовой частотой 133 МГц. Настройки осциллографа остались прежними: окно сбора данных 500 мс с частотой дискретизации 10 Гвыб/с. Кривая масштабирования показывает часть данных PRBS 7. В отличие от тактового сигнала, сигнал данных не имеет одинакового периода, что делает параметр периода неверным для анализа джиттера. Как и в случае измерения джиттера тактового сигнала, джиттер данных будет использовать стандартное отклонение параметра TIE в качестве меры среднеквадратичного джиттера. В этом измерении стандартное отклонение TIE составляет 3,9 пс. Среднее значение джиттера TIE составляет всего 3 фс, что означает, что среднее значение джиттера близко к нулю. 

Как и в случае джиттера часов, гистограмма и инструменты трека дают дополнительную информацию. Гистограмма центрируется на нуле, как и ожидалось от среднего значения параметра TIE. Размах гистограммы составляет 36 пс и также симметричен относительно нуля. Функция отслеживания в основном показывает случайное отклонение от среднего значения практически равного нулю. Выходной сигнал наложенного фильтра boxcar показывает небольшую размах 4 пс даже при отсутствии периодического джиттера. Это результат зависящего от данных джиттера, связанного с потоком данных. Это форма детерминированного джиттера, связанного с шаблоном данных.

Если к потоку данных добавить периодический джиттер, мы увидим результат, аналогичный тому, что наблюдался с джиттером тактового сигнала, как показано на рисунке 7 .

Рис. 7. Анализ джиттера в потоке данных NRZ со случайными и периодическими компонентами джиттера. Также присутствует джиттер, зависящий от данных.

Добавление элемента периодического джиттера привело к тому, что гистограмма джиттера стала бимодальной, как это наблюдалось в случае джиттера тактовой частоты. Функция отслеживания показывает искаженную синусоидальную форму волны периодического компонента джиттера. Это отличается от ситуации когда периодическая составляющая была добавлена к тактовому сигналу.

Искажение происходит из-за добавления зависящего от данных дрожания, которое связано с шаблоном данных. Все эти компоненты содержатся в стандартном отклонении измерения TIE.

Основные измерения джиттера начинаются с временных параметров TIE и Period. Статистика параметров предоставляет данные о среднеквадратичных значениях и размахе джиттера. Гистограммы параметров дают представление о типе джиттера и его распределении. Наконец, функция отслеживания помогает определить периодичность джиттера. Измерения джиттера выполняются по количеству измерений, сообщаемых полем статистики «число», в большинстве случаев менее 10 8 значений.

 Большинство осциллографов предлагают более совершенный анализ джиттера или программное обеспечение для анализа последовательных данных, обеспечивающее экстраполяцию измеренных значений джиттера и моделирование джиттера до 10 12 измерений и более. Они также обеспечивают отображение глазковых диаграмм с соответствующим анализом.

Источник: www.edn.com

Джиттер можно измерить разными способами. Самый простой и интуитивно понятный — оценка по глаз-диаграмме. Глаз-диаграмма цифрового сигнала с малым джиттером имеет близкую к симметричной форму с плавными переходами и характеризуется практически полностью открытым «глазом», позволяющим точно идентифицировать биты данных. Если точка стробирования сигнала совпадает с центром «глаза», где сигнал достигает своего максимума или минимума, то вероятность возникновения битовой ошибки близка к нулю. В то же время присутствие на глаз-диаграмме множества отдельных фронтов и спадов говорит о наличии существенного джиттера, зависящего от данных, а ее размытость и малая открытость являются признаком значительного случайного джиттера. Для глаз-диаграммы специального тестового сигнала не требуется, хотя, при желании, можно использовать измерительный сигнал импульсного генератора.

Другой широко известный способ оценки результирующего джиттера (Total Jitter, TJ) — его нормализованная гистограмма, которая представляет собой зависимость коэффициента битовых ошибок BER от положения точки стробирования на единичном временном интервале UI. Точке стробирования, находящейся в середине единичного интервала, где UI=0.5 соответствует практически безошибочная передача. По мере смещения этой точки, что указывает на увеличение джиттера, величина BER возрастает. Кривую зависимости BER от амплитуды джиттера называют U-образной кривой (bathtub curve). В соответствии с общепринятым соглашением джиттер не должен приводить к битовым ошибкам с коэффициентом больше 10-12. На U-образной кривой этой величине BER отвечает диапазон джиттера + 0,2 UI.

Обратите внимание, как резко возрастает крутизна кривых BER при увеличении амплитуды джиттера более 0,2 UI.

Весьма эффективным способом оценки джиттера считается спектральный анализ, где источники детерминированного джиттера проявляются в виде пиков на непрерывной кривой случайного фазового шума.

Спектральные способы измерения джиттера представляют собой очень тонкий и точный инструмент, который как нельзя лучше подходит для оценки джиттера разрабатываемых приборов и поиска сложных повреждений в цифровом оборудовании в лабораторных условиях. Однако приборы спектрального анализа джиттера достаточно дороги и поэтому при эксплуатации цифрового оборудования и цифровых систем передачи используются редко.

Для измерения джиттера необходимы генератор тестовых последовательностей и анализатор джиттера. В качестве измерителя могут выступать осциллограф, спектрометр и анализатор битовых ошибок.

Генераторы, используемые при тестировании, должны обеспечивать генерацию псевдослучайных последовательностей с минимальным собственным джиттером (Intrinsic Jitter, IJ). Поэтому при выборе генератора следует в первую очередь убедиться в том, что величина IJ не превышает 0,05 UI. Существующие же схемотехнические решения позволяют ограничить величину IJ несколькими тысячными долями UI.

Генераторы джиттера могут управлять величиной джиттера или задержки, что обеспечивает внесение в тестовый сигнал требуемого количества джиттера и измерение степени реакции на него тестируемой цепи.

Наиболее универсальными анализаторами джиттера являются высокоскоростные цифровые записывающие осциллографы реального масштаба времени (Digital Storage Oscilloscopes, DSO). В соответствии с общепринятой практикой при анализе джиттера ширина диапазона частот должна по крайней мере в 1,8 раза превышать максимальную скорость передачи битов для последовательного сигнала без возврата к нулю. Поскольку DSO работают в диапазоне до 6 ГГц, они могут измерять джиттер на скоростях до 3,2 Гбит/с.

Уровень собственного среднеквадратичного джиттера этих осциллографов составляет менее чем 1,5 пикосекунд.

Частота дискретизации DSO по крайней мере в два раза превышает частоту сигнала и обычно в три с половиной раза больше максимально возможного диапазона частот при однократной записи полного сигнала. Для повышения эффективного разрешения во времени в осциллографах может применяться интерполяция между выборками.

После того как сигнал записан, задействуются различные функции его измерения и отображения: построение глаз-диаграммы, восстановление передаваемых тактовых импульсов, определение ошибки временного интервала TIE, параметров скважности, фронтов и спадов. Осциллографы отображают гистограммы для всех этих параметров и выполняют быстрое преобразование Фурье для представления сигнала в частотной области. Они позволяют получать и множество параметров джиттера, например джиттер от цикла к циклу, джиттер за n циклов и т. д., расширяя тем самым возможности диагностики.

В качестве анализаторов джиттера используются также тестеры битовых ошибок (BERT). Конфигурации современных BERT позволяют регулировать положение момента стробирования и уровень принятия решения. Эти возможности необходимы для построения точечных глаз-диаграмм и диаграмм iso-BER (с контурными линиями, разграничивающими области равной вероятности на глаз-диаграмме). При помощи тестеров BER можно создать U-образную кривую и ее интерполяцию (что ускоряет построение), а также разделять случайный и детерминированный джиттеры.

Обычно тестер джиттера определяет текущие (сurrent values) положительные и отрицательные значения джиттера и выводит их на дисплей. За время тестирования запоминаются и выводятся на дисплей положительные и отрицательные максимальные значения джиттера (maximum values). Рекомендуемое время для создания адекватного выходного джиттера сигнала данных — 60 с. Именно за этот период формируется амплитуда джиттера.

Если длительность измерения велика, то его результат включает зачастую не только джиттер, но и вандер, для устранения которого может использоваться фильтр верхних частот.

Кроме того, при измерении джиттера часто фиксируются так называемые скачки фазы (phase hit), появляющиеся при превышении джиттером заданного порога (+ «пик-пик»). Подобные события записываются с помощью счетчика. Соответствующая запись показывает, как часто происходит превышение амплитуды джиттера. Измерение скачков фазы дает пользователю более полное представление о работе его линии. В частности, это позволяет определить, равномерно или пакетами (burst) распределяются скачки фазы в сеансе измерения.

Простейшая схема измерения джиттера представляет собой схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с выходным фазовым компаратором. У фильтра нижних частот (ФНЧ) полоса пропускания очень узкая, и поэтому схема ФАПЧ, основным элементом которой является управляемый напряжением генератор ГУН, не реагирует на кратковременные фазовые дрожания сигнала тактовой частоты.

Если спектр джиттера хронирующего сигнала ниже граничной частоты ФНЧ, то он полностью подавляется схемой ФАПЧ. Поэтому эта схема позволяет измерять только фазовые дрожания, частота которых выше граничной частоты ФНЧ.

Кратко рассмотрим методы измерения некоторых типов джиттера.

ИЗМЕНЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО ДЖИТТЕРА

Напомним, что максимально допустимый джиттер (Maximum Tolerable Jitter, MTJ) представляет собой максимальную величину джиттера,которая не вызывает появления ошибок или аварийных сигналов, а в случае с IP телефонией не вызывает искажений голоса в гарнитуре для компьютера.

При испытаниях MTJ на вход измеряемого объекта от генератора джиттера подается цифровой сигнал, модулированный синусоидальным джиттером. Амплитуда джиттера увеличивается ступенчато до появления в приемнике ошибок или срабатывания аварийной сигнализации.

Помимо этого, существует еще так называемый быстрый режим измерения максимально переносимого джиттера (Fast Maximum Tolerable Jitter, FMTJ). При измерении FMTJ на генераторе джиттера задаются граничные значения частоты и амплитуды джиттера, указанные в стандартах. Джиттер в каждой точке измерения квалифицируется двумя возможными исходами — ОК (удовлетворительно) или Fail (неудовлетворительно).

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ДЖИТТЕРА JTF

Под JTF понимают отношение выходного и входного джиттера цифрового устройства или системы, т. е. модуль JTF фактически представляет собой амплитудно-частотную характеристику джиттера соответствующей системы.

На вход тестируемого устройства подаются сигналы различных частот с джиттером постоянной амплитуды, а величина джиттера измеряется на выходе устройства.

Особенностью передаточной функции джиттера является то, что ее модуль Х больше нуля. Это означает что цифровое устройство, например регенератор, вносит усиление джиттера, которое может накапливаться в тракте передачи. Чтобы ограничить этот процесс, в определенных точках тракта передачи включаются специальные подавители джиттера.

Кроме джиттера в цифровых системах связи должен обязательно контролироваться и вандер. Измерение последнего имеет две особенности по сравнению с измерением джиттера: необходим эталонный внешний источник синхросигнала; сеанс измерений должен длиться не менее 12 суток.

Джиттер можно измерить разными способами. Самый простой и интуитивно понятный — оценка по глаз-диаграмме. Глаз-диаграмма цифрового сигнала с малым джиттером имеет близкую к симметричной форму с плавными переходами и характеризуется практически полностью открытым «глазом», позволяющим точно идентифицировать биты данных. Если точка стробирования сигнала совпадает с центром «глаза», где сигнал достигает своего максимума или минимума, то вероятность возникновения битовой ошибки близка к нулю. В то же время присутствие на глаз-диаграмме множества отдельных фронтов и спадов говорит о наличии существенного джиттера, зависящего от данных, а ее размытость и малая открытость являются признаком значительного случайного джиттера. Для глаз-диаграммы специального тестового сигнала не требуется, хотя, при желании, можно использовать измерительный сигнал импульсного генератора.

Другой широко известный способ оценки результирующего джиттера (Total Jitter, TJ) — его нормализованная гистограмма, которая представляет собой зависимость коэффициента битовых ошибок BER от положения точки стробирования на единичном временном интервале UI. Точке стробирования, находящейся в середине единичного интервала, где UI=0.5 соответствует практически безошибочная передача. По мере смещения этой точки, что указывает на увеличение джиттера, величина BER возрастает. Кривую зависимости BER от амплитуды джиттера называют U-образной кривой (bathtub curve). В соответствии с общепринятым соглашением джиттер не должен приводить к битовым ошибкам с коэффициентом больше 10-12. На U-образной кривой этой величине BER отвечает диапазон джиттера + 0,2 UI.

Обратите внимание, как резко возрастает крутизна кривых BER при увеличении амплитуды джиттера более 0,2 UI.

Весьма эффективным способом оценки джиттера считается спектральный анализ, где источники детерминированного джиттера проявляются в виде пиков на непрерывной кривой случайного фазового шума.

Спектральные способы измерения джиттера представляют собой очень тонкий и точный инструмент, который как нельзя лучше подходит для оценки джиттера разрабатываемых приборов и поиска сложных повреждений в цифровом оборудовании в лабораторных условиях. Однако приборы спектрального анализа джиттера достаточно дороги и поэтому при эксплуатации цифрового оборудования и цифровых систем передачи используются редко.

Для измерения джиттера необходимы генератор тестовых последовательностей и анализатор джиттера. В качестве измерителя могут выступать осциллограф, спектрометр и анализатор битовых ошибок.

Генераторы, используемые при тестировании, должны обеспечивать генерацию псевдослучайных последовательностей с минимальным собственным джиттером (Intrinsic Jitter, IJ). Поэтому при выборе генератора следует в первую очередь убедиться в том, что величина IJ не превышает 0,05 UI. Существующие же схемотехнические решения позволяют ограничить величину IJ несколькими тысячными долями UI.

Генераторы джиттера могут управлять величиной джиттера или задержки, что обеспечивает внесение в тестовый сигнал требуемого количества джиттера и измерение степени реакции на него тестируемой цепи.

Наиболее универсальными анализаторами джиттера являются высокоскоростные цифровые записывающие осциллографы реального масштаба времени (Digital Storage Oscilloscopes, DSO). В соответствии с общепринятой практикой при анализе джиттера ширина диапазона частот должна по крайней мере в 1,8 раза превышать максимальную скорость передачи битов для последовательного сигнала без возврата к нулю. Поскольку DSO работают в диапазоне до 6 ГГц, они могут измерять джиттер на скоростях до 3,2 Гбит/с.

Уровень собственного среднеквадратичного джиттера этих осциллографов составляет менее чем 1,5 пикосекунд.

Частота дискретизации DSO по крайней мере в два раза превышает частоту сигнала и обычно в три с половиной раза больше максимально возможного диапазона частот при однократной записи полного сигнала. Для повышения эффективного разрешения во времени в осциллографах может применяться интерполяция между выборками.

После того как сигнал записан, задействуются различные функции его измерения и отображения: построение глаз-диаграммы, восстановление передаваемых тактовых импульсов, определение ошибки временного интервала TIE, параметров скважности, фронтов и спадов. Осциллографы отображают гистограммы для всех этих параметров и выполняют быстрое преобразование Фурье для представления сигнала в частотной области. Они позволяют получать и множество параметров джиттера, например джиттер от цикла к циклу, джиттер за n циклов и т. д., расширяя тем самым возможности диагностики.

В качестве анализаторов джиттера используются также тестеры битовых ошибок (BERT). Конфигурации современных BERT позволяют регулировать положение момента стробирования и уровень принятия решения. Эти возможности необходимы для построения точечных глаз-диаграмм и диаграмм iso-BER (с контурными линиями, разграничивающими области равной вероятности на глаз-диаграмме). При помощи тестеров BER можно создать U-образную кривую и ее интерполяцию (что ускоряет построение), а также разделять случайный и детерминированный джиттеры.

Обычно тестер джиттера определяет текущие (сurrent values) положительные и отрицательные значения джиттера и выводит их на дисплей. За время тестирования запоминаются и выводятся на дисплей положительные и отрицательные максимальные значения джиттера (maximum values). Рекомендуемое время для создания адекватного выходного джиттера сигнала данных — 60 с. Именно за этот период формируется амплитуда джиттера.

Если длительность измерения велика, то его результат включает зачастую не только джиттер, но и вандер, для устранения которого может использоваться фильтр верхних частот.

Кроме того, при измерении джиттера часто фиксируются так называемые скачки фазы (phase hit), появляющиеся при превышении джиттером заданного порога (+ «пик-пик»). Подобные события записываются с помощью счетчика. Соответствующая запись показывает, как часто происходит превышение амплитуды джиттера. Измерение скачков фазы дает пользователю более полное представление о работе его линии. В частности, это позволяет определить, равномерно или пакетами (burst) распределяются скачки фазы в сеансе измерения.

Простейшая схема измерения джиттера представляет собой схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с выходным фазовым компаратором. У фильтра нижних частот (ФНЧ) полоса пропускания очень узкая, и поэтому схема ФАПЧ, основным элементом которой является управляемый напряжением генератор ГУН, не реагирует на кратковременные фазовые дрожания сигнала тактовой частоты.

Если спектр джиттера хронирующего сигнала ниже граничной частоты ФНЧ, то он полностью подавляется схемой ФАПЧ. Поэтому эта схема позволяет измерять только фазовые дрожания, частота которых выше граничной частоты ФНЧ.

Кратко рассмотрим методы измерения некоторых типов джиттера.

ИЗМЕНЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО ДЖИТТЕРА

Напомним, что максимально допустимый джиттер (Maximum Tolerable Jitter, MTJ) представляет собой максимальную величину джиттера,которая не вызывает появления ошибок или аварийных сигналов, а в случае с IP телефонией не вызывает искажений голоса в гарнитуре для компьютера.

При испытаниях MTJ на вход измеряемого объекта от генератора джиттера подается цифровой сигнал, модулированный синусоидальным джиттером. Амплитуда джиттера увеличивается ступенчато до появления в приемнике ошибок или срабатывания аварийной сигнализации.

Помимо этого, существует еще так называемый быстрый режим измерения максимально переносимого джиттера (Fast Maximum Tolerable Jitter, FMTJ). При измерении FMTJ на генераторе джиттера задаются граничные значения частоты и амплитуды джиттера, указанные в стандартах. Джиттер в каждой точке измерения квалифицируется двумя возможными исходами — ОК (удовлетворительно) или Fail (неудовлетворительно).

ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ДЖИТТЕРА JTF

Под JTF понимают отношение выходного и входного джиттера цифрового устройства или системы, т. е. модуль JTF фактически представляет собой амплитудно-частотную характеристику джиттера соответствующей системы.

На вход тестируемого устройства подаются сигналы различных частот с джиттером постоянной амплитуды, а величина джиттера измеряется на выходе устройства.

Особенностью передаточной функции джиттера является то, что ее модуль Х больше нуля. Это означает что цифровое устройство, например регенератор, вносит усиление джиттера, которое может накапливаться в тракте передачи. Чтобы ограничить этот процесс, в определенных точках тракта передачи включаются специальные подавители джиттера.

Кроме джиттера в цифровых системах связи должен обязательно контролироваться и вандер. Измерение последнего имеет две особенности по сравнению с измерением джиттера: необходим эталонный внешний источник синхросигнала; сеанс измерений должен длиться не менее 12 суток.