Джиттер

Джи́ттер (англ. jitter — дрожание) или фазовое дрожание цифрового сигнала данных^[1] — нежелательные фазовые или частотные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

Измеряемые параметры джиттера: период и амплитуда

В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых (с частотой 10 Гц и более) изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала.
Стандарт ITU-T G.810 классифицирует изменение частоты на значение, не превышающее 10 Гц, как «вандер» (англ. wander) — «блуждание».

При цифровой записи звука джиттер вносит в сигнал искажения, подобные детонации — явлению, вызванному неравномерностью движения магнитной ленты в аналоговом магнитофоне вследствие несовершенства лентопротяжного механизма. Однако, вносимые цифровым джиттером искажения существенно заметнее искажений звука, вносимых детонацией; видимо, это связано с большей «мягкостью» и «плавностью» детонационных искажений, обусловленных эластичностью магнитной ленты и инерционностью механических элементов лентопротяжных механизмов.

В области телекоммуникаций джиттером называется первая производная задержки прохождения данных по времени.

На графике «амплитуда сигнала» (ось ординат (y)) — «время» (абсцисс (x), секунды) джиттер — сдвиг по фазе (в секундах) между идеальным и действительным сигналами.

Для наглядного представления джиттера строят график «сдвиг по фазе» (ось ординат, секунды) — «время» (ось абсцисс, секунды).

Устранение джиттера — одна из основных проблем, возникающих при проектировании цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчёт джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.

Причины возникновения джиттераПравить

Задержки сигнала, вызванные его прохождением через элементы цифровых микросхем.
Задержки сигнала и его затухание при прохождении по кабелям (например, по кабелям, соединяющим аудиотехнику).
Паразитные наводки.
Фазовые шумы петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) устройства, синхронизируемого внешним сигналом. Джиттер, вызываемый ФАПЧ, проявляется при прослушивании материала с записывающего устройства, синхронизируемого от воспроизводящего устройства.
Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП; преобразователь аналогового сигнала в цифровой) — основной источник джиттера в современных цифровых системах звукозаписи и воспроизведения. Современные цифровые студийные синхронизаторы достаточно совершенны и часто вносят меньший джиттер, чем АЦП. Каждый АЦП содержит генератор тактовых импульсов, задающий частоту квантования сигнала.
- Непостоянство напряжения, питающего генератор тактовых импульсов.
- Особенности конструкции генератора тактовых импульсов.

ПараметрыПравить

Амплитуда джиттера — смещение по времени идеального сигнала от действительного, секунды.
Частота джиттера — частота, с которой происходит изменение сдвига по фазе действительного сигнала от идеального, Гц.

Влияние джиттера на характеристики АЦППравить

Частота дискретизации АЦП обычно задаётся кварцевым генератором, а любой кварцевый генератор (особенно дешёвый) имеет ненулевые фазовые шумы. Таким образом, моменты времени получения отсчётов сигнала (дискретов, семплов (англ. sample — образец, проба)) расположены на временной оси не совсем равномерно. Это приводит к размыванию спектра сигнала и ухудшению отношения сигнал/шум.

Влияние джиттера АЦП на характеристики цифровой антенной решёткиПравить

Погрешность угловой пеленгации источников сигналов в цифровой антенной решётке, вызванная наличием джиттера АЦП, не может быть устранена повышением энергетики сигналов^[2]^[3]. Наличие джиттера также приводит к снижению глубины подавления активных помех. Например, увеличение среднеквадратического отклонения джиттера АЦП с 0,001 до 0,01 от периода сигнала гармонической помехи приводит к снижению глубины подавления помехи в линейной цифровой антенной решётке примерно на 20 дБ и ограничивает её предельной величиной -34,8 дБ при устремлении количества антенных элементов к бесконечности^[4].

Методы оценивания джиттераПравить

Для оценки джиттера в устройствах цифровой обработки сигналов используются тестовый, чаще всего гармонический сигнал, источник которого может быть синхронизирован с генератором тактовых импульсов АЦП (ЦАП) или асинхронным с ним^[5].

В телекоммуникацияхПравить

В телекоммуникациях под джиттером часто понимается разброс минимального и максимального времени прохождения пакета IP от среднего времени прохождения пакета^[6]. Например, посылается 100 пакетов IP. Минимальное время прохождения пакета IP — 395 м с, среднее — 400 мс, максимальное — 405 мс. В этом случае (405-400=5; 400-395=5) джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов IP, и минимальное время прохождения пакета — 1 мс, среднее — 50 мс, максимальное — 100 мс, (100-50=50; 50-1=49) джиттер большой. Например, протокол VoIP очень чувствителен к джиттеру.

Борьба с джиттеромПравить

При проектировании цифровых устройств следует максимально использовать передачу сигнала с регистра на регистр^{[прояснить]}, это позволяет применить простые методы расчёта передач цифровых сигналов (временны́е диаграммы).

В цифровой звукозаписи следует использовать высококачественные кварцевые генераторы с источниками питания, имеющими малые пульсации и шумы. Также, применение полностью цифровых студий позволяет свести влияние джиттера к минимуму^{[уточнить]}. Такой студией может являться и персональный компьютер со звуковой платой, имеющей хороший АЦП, в случае хранения, редактирования и воспроизведения звука только в цифровом виде.

В области телекоммуникаций с джиттером и его последствиями борются с помощью буферной памяти, устройств ФАПЧ, применением специальных линейных кодов, созданием выделенных сетей тактовой синхронизации.

Воздействие джитера, как и аддитивного шума, в цифровой антенной решётке может быть уменьшено за счёт увеличения длительности сигнальной выборки и количества антенных элементов в решётке^[2]^[3]. Например, переход от 4-элементной цифровой антенной решётки к 8-элементной позволяет увеличить глубину подавления помехи на 2,3 дБ^[4].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ ГОСТ 17657-79: Передача данных. Термины и определения.
↑ ¹ ² Слюсар, В.И. Влияние нестабильности такта АЦП на угловую точность линейной цифровой антенной решетки. (рус.) Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 1998. - Том 41, № 6. C. 77 - 80 (1998). Дата обращения: 7 августа 2017. Архивировано 22 декабря 2018 года.
↑ ¹ ² Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Влияние джиттера АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками.// Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. – 2011. - № 8. – C. 41 - 49. - [1] (рус.).
↑ ¹ ² Bondarenko M.V., Slyusar V.I. Limiting depth of jammer's suppression in a digital antenna array in conditions of ADC jitter.// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies, OTEH 2012. - 18 - 19 September, 2012. - Belgrade, Serbia. - Pp. 495 - 497. [2] (англ.).
↑ Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Методы оценивания джиттера АЦП в некогерентных системах.//Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. – 2011. - Том №54, № 10. – C. 19 - 28. [3] (рус.).
↑ RFC 3393. IP packet delay variation metric for IP performance metrics (IPPM). Ноябрь 2002 года.

СсылкиПравить

Теория - цикл статей на IXBT.com

[1] ГОСТ 17657-79: Передача данных. Термины и определения.

[slyusarjitter1-2] ¹ ² Слюсар, В.И. Влияние нестабильности такта АЦП на угловую точность линейной цифровой антенной решетки. (рус.) Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника.- 1998. - Том 41, № 6. C. 77 - 80 (1998). Дата обращения: 7 августа 2017. Архивировано 22 декабря 2018 года.

[slyusarjitter2-3] ¹ ² Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Влияние джиттера АЦП на точность пеленгации цифровыми антенными решетками.// Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. – 2011. - № 8. – C. 41 - 49. - [1] (рус.).

[slyusarjitter3-4] ¹ ² Bondarenko M.V., Slyusar V.I. Limiting depth of jammer's suppression in a digital antenna array in conditions of ADC jitter.// 5th International Scientific Conference on Defensive Technologies, OTEH 2012. - 18 - 19 September, 2012. - Belgrade, Serbia. - Pp. 495 - 497. [2] (англ.).

[slyusarjitter4-5] Бондаренко М.В., Слюсар В.И. Методы оценивания джиттера АЦП в некогерентных системах.//Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. – 2011. - Том №54, № 10. – C. 19 - 28. [3] (рус.).

[6] RFC 3393. IP packet delay variation metric for IP performance metrics (IPPM). Ноябрь 2002 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]