Allgemein: Wie wird Jitter < 1ps gemessen?

Stefan Zimmermann schrieb:
> Wie messe
> ich den Jitter von extrem jitterarmen Taktquellen?

Mit einer noch jitterärmeren Taktquelle. Wasserstoffmaser sind da eine 
der Möglichkeiten. Wenn Du die messen willst, musst Du mehrere 
miteinander vergleichen.

Der Jitter ist das Integral ueber das Phasenrauschen. Dabei muss man 
dann die integrierte Bandbreite angeben. Das Limit ist das 
Phasenrauschen des Referenzoszillators.

Da gibt es einige Moeglichkeiten. Gut ist es bei den meisten, eine 
tiiiiefe Brieftasche zu haben:

Mit High-End-Oszis kann man Jitter bis aus ca. 0.1ps RMS direkt messen. 
Beispiel: Tektronix CSA8200 mit 80A10-Phasenreferenz und 
80A04-Sample-Plugin. Zum Preis eines billigeren Porsche. Hatte ich in 
meinem letzten Job im Labor :-)

Oder mittels spezieller Geraete, die das Phasenrauschen gegenueber einer 
Referenzquelle messen. Dabiei wird Referenzsignal mit zu messendem 
Signal gemischt, wobei die beiden Signale auf 90 Grad Phasenverschiebung 
gehalten werden (mit lnagsamer Zeitkonstante im Bereich von ~1sec). Das 
Signal am Mischerausgang entspricht dan direkt der Phasenflukutation. 
U.u. kann man dabei einfach zwei gleichartige Oszillatoren verwenden 
(unter der Annahme, das beide Quellen gleiches Rauschen haben). Agilent, 
Aeroflex und ein paar andere Anbieter haben solche Messgeraete im 
Angebot.

Oder man samplet das Signal der Quelle mit einer verzoegerten Version 
von sich selber (mit einstellbarer Verzoegerung). Damit kann man dann 
die Fluktuation ueber 1, 2, 3, .... N Perioden messen, wenn man diese 
Delay ueber den Bereich in feinen Schritten durchstimmt. Das ist dann 
allerdings begrenzt auf relativ kurze Zeitraeume (vielleicht ein paar 
100ns) und somit relativ hochfrequentes Phasenrauschen.

Wolfgang

>Mit High-End-Oszis kann man Jitter bis aus ca. 0.1ps RMS

Da lege ich mal ein Fragezeichen ein. Nehmen wir mal ein 
moeglich-unmoegliches Signal : 1GHz 20Vpp. Die Ableitung im 
Nulldurchgang ist dann 10*pi*V/ns. Macht dann eine Slope von 31mV/ps, 
resp 3.1mV/(100fs)

Da hab ich dann doch meine Zweifel ... Und ja ich hab auch kurzlich ein 
40GSample Scope auf dem Tisch gehabt.

Erstmal, die Signale, die man misst, sind nicht unbedingt sinusfoermig. 
Bei mir waren es Digitalsignale bis ca. 15 Gbps mit Anstiegszeiten bis 
deutlich unter 20ps und Spannungshub von typischerweise ein paar 100mV 
oder weniger. Die kann man mit dem angegebenen Equipment einwandfrei 
messen kann ich versichern (habe ich jahrelang erfolgreich gemacht). Das 
CSA8200 - das ist ein equivalent time sampling scope, kein real time 
scope - hat auch eine Aufloesung von 14 bit, das hilft, denn die 
Aufloesung ueber 1V (fixer Bereich) ist dann ausreichend klein, und das 
Rauschen war unter 1mV pk-pk (3-4 sigma).

Die Kollegen im Nebenlabor haben sich mit 100-MHz-Clocks beschaeftigt 
(auch nicht sinusfoermig sondern Rechteck, aber deutlich langsamere 
Anstiegszeiten), die haben so eine Phase-Noise-Box verwendet. Mit dem 
geeigneten Referenzoszillator (so einen aufzutreiben, DAS war die 
Kunst!) haben die auch bis weit unter 1ps RMS gemessen.

Mit der "adjustable-delay"-Methode und einem weiteren Trick habe ich 
Sinussignale am Vorgaengergeraet (Tek TDS8000) sogar ohne das 
Phase-Referenz-Modul an 10-GHz-Sinussignalen (ca. 500mV Amplitude) bis 
runter auf 40fs RMS jitter gemessen (allerdings cycle-to-cycle oder 
N-cycle, also den hochfrequenten Jitter). Und das vor fast 10 Jahren. 
(und bin dann draufgekommen, dass die Leute von Tektronix dieselbe 
Methode bereits Ende der 80er verwendet hatten :-)

Wenn Du Datenleitungen hast, und den Abtastzeitpunkt beliebig einstellen 
kannst, kannst Du den Jitter auch über die Bitfehlerhäufigkeit nahe des 
Übergangspunktes messen, sprich nahe dem Punkt, wo Du 50% 
Bitfehlerhäufigkeit hast. Das ist aber kniffliger, eventuell musst Du 
das erst auf Deine Übertragungsleitung eichen.

Genauso machen es kommerzielle BERTs (bit error rate testers).

Agilent hat Applikationsberichte zum Thema:

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-9849EN.pdf
"...Characterizing Clock Jitter Using Phase Noise Measurements"

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-5718EN.pdf
"Using Clock Jitter Analysis to Reduce BER in Serial Data Applications"

Andere Messgerätehersteller dürften ähnliche Texte zu ihren Produkten 
haben.