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¿Qué es jitter?

La fluctuación de fase, en términos simples, es aleatoriedad en la frecuencia de la señal mediante la cual una fuente de señal, como una onda cuadrada de 1 kHz, no siempre estará a 1 kHz. Algunas partes de la forma de onda serán superiores a 1 kHz y otras serán inferiores a 1 kHz.

Esta variación en la frecuencia, que cambia con el tiempo, tiene su propia frecuencia y alteraciones en la forma de onda. Los que ocurren a una velocidad mayor a 10 Hz se llaman estar nervioso mientras que los menores de 10 Hz se denominan deambular. Pero, ¿cuándo se convierte el jitter en un problema y qué aplicaciones están en mayor riesgo?

Jitter en comunicación y DSP

En términos generales, los enlaces de comunicación son los más propensos a los problemas de fluctuación. Esto se debe a que estas aplicaciones deben transmitir datos que están sincronizados a una fuente de reloj. Otras aplicaciones, incluidos los procesadores de señal digital, también pueden experimentar jitter.

¿Por qué un circuito sufre de jitter y qué deben buscar los diseñadores? En pocas palabras, surgen problemas importantes con la fluctuación de fase cuando la variación en una señal de reloj interfiere con el tiempo de transmisión de datos.

Si, por ejemplo, un puerto UART funciona a 300 baudios y su fuente de reloj de referencia es un cristal de 64 MHz, entonces la variación del cristal es tan pequeña (partes por millón) que incluso la variación de señal más extrema de los 64 MHz tendrá pequeño efecto en la señal de 300 baudios.

Si un puerto UART de 300 baudios deriva su sincronización de una fuente de reloj cuya varianza causó un cambio de frecuencia UART de 10 Hz, entonces, de repente, la velocidad en baudios (que ahora está cambiando en ± 3%) se vuelve lo suficientemente significativa como para que los datos en el extremo receptor malinterpretado

Entonces, para resumir, el jitter se convierte en un problema cuando la variación en la frecuencia de la señal es lo suficientemente significativa como para afectar negativamente el tiempo de los datos. Jitter no afecta las velocidades de datos debido a un cambio en la frecuencia; la frecuencia cambiante hace que los datos en el extremo receptor se malinterpreten.

Descomposición de Rohde y Schwarz Jitter

Al determinar la fluctuación de fase de un sistema, una herramienta de análisis que genera diagramas de ojo puede proporcionar una gran comprensión de la cantidad de fluctuación de fase en un circuito y determinar un área segura de operación. Sin embargo, determinar la inquietud es solo el primer paso. El tipo de jitter también necesita ser determinado. A partir de ahí, los diseñadores pueden descubrir cómo identificar las fuentes de jitter y rectificar el problema si es necesario.

Rohde & Schwarz está respondiendo a esta conversación en jitter con su herramienta recientemente anunciada, RTO / RTP-K133, que se incluirá en sus productos de osciloscopio.

RTO / RTP-K133. Imagen utilizada por cortesía de Rohde & Schwarz

La herramienta de fluctuación de fase no solo produce el diagrama de ojo para una señal, sino que también separa la fluctuación de fase en sus componentes individuales. Estos incluyen jitter aleatorio, jitter dependiente de datos y jitter periódico.

Mediante este análisis, un diseñador puede determinar si la fluctuación de fase es el resultado de variaciones aleatorias en el circuito o si se debe a la interferencia de los componentes cuando se transmiten los datos.

Interfaz para RTO / RTP-K133. Captura de pantalla utilizada por cortesía de Rohde & Schwarz

Lo que también hace que la herramienta R&S RTO- / RTP-K133 sea única es que realiza la prueba en la característica completa de la forma de onda bajo prueba, a diferencia de otras pruebas estándar que solo realizan mediciones de error de intervalo de tiempo.

Otras herramientas de inspección de fluctuación

Las herramientas de fluctuación no solo se limitan a uno o dos osciloscopios especializados. Los diseñadores pueden encontrar estas herramientas de muchos fabricantes diferentes. Por ejemplo, en el pasado, hemos discutido cómo Rigol lanzó un osciloscopio en 2019 llamado MSO8000, que incluye análisis de jitter en tiempo real con un ancho de banda de hasta 2 GHz. También produce diagramas de ojo.

Keysight, otra compañía basada en el análisis de señales, también produce herramientas de medición de jitter. Por ejemplo, su osciloscopio de muestreo, el 86100C DCA-J, puede realizar análisis de fluctuación entre 50 Mbps y más de 40 Gbps. El dispositivo, altamente sensible al jitter intrínseco, transmite tipos de jitter y ofrece múltiples vistas de los datos de jitter.

Lo que hace que la herramienta Rohde & Schwarz sea diferente es que está incorporada en osciloscopios de banco estándar, mientras que el Keysight 86100C DCA-J es una herramienta especializada.

Conclusión

Si bien está claro que la fluctuación de fase puede ser muy problemática en entornos con conexiones de datos de alta velocidad, la fluctuación de fase también puede ser un problema en otros circuitos digitales. La capacidad de medirlo puede proporcionar información sobre la calidad de una señal y la cantidad de ruido presente.

Ser capaz de diferenciar el tipo de fluctuación de fase puede reducir drásticamente el tiempo de depuración al ayudar a identificar qué componentes de un circuito están causando la fluctuación de fase.