Hallo!
Ich habe schon mehrfach in den Datenblättern von PLLs bzw. anderen
Taktgeneratoren die Angabe des Jitters gesehen. Bei manchen bewegt er
sich deutlich unter 1 ps, zum Beispiel 300 fs (Femtosekunden). Aber für
eine Jittermessung benötige ich doch einen Oszillator, der einen
deutlich geringeren (oder zumindest in der gleichen Größenordnung)
Jitter hat, oder?
Da beißt sich der Hund in den Schwanz: Wie messe ich den aus?
Hier noch ein 2 Wege, die ich mir überlegt habe, die aber meiner Meinung
nach nicht funktionieren:
1) Ich möchte den Jitter von einem langsamen Takt (z.B. 1Hz) messen. Als
Referenz nehme ich einen anderen Takt von 1 MHz. Dazu einen Zähler. Der
Zähler zählt die Takte des Referenztaktes (1MHz) solange der zu messende
Takt auf high ist. Wenn der zu messende Takt keinen Jitter hat, zähle
ich immer 500000. Falls er doch einen hat, bekomme ich (zum Beispiel)
mal 500234, dann wieder 499912, dann 500190, ... Das Problem: Ich müsste
einen Takt haben, der sehr viel höher als der zu messende Takt ist. Bei
1 Hz ohne Probleme machbar aber z.B. bei 5 GHz?
2) Ich nehme einen Referenztakt, der die gleiche Frequenz wie der zu
messende Takt hat. Diese zwei Takte mische ich und erhalte die doppelte
Frequenz und 0 Hz. Wenn sich die Takte unterscheiden, erhalte ich eben
nicht 0 sondern ein bisschen was daneben. Das könnte ich ausmessen.
Allerdings benötige ich hier auch wieder einen perfekten Referenztakt.
Gruß
Stefan
Jitter bedeutet Phasenrauschen und Phasenrauschen bedeutet Bandbreite.
Man braucht für 1 ps Jitter also keinen Zähler der mit 1 THz zählt,
sondern kann das Spektrum auf einen handlichen Frequenzbereich
heruntermischen.
Ok, das mit dem Runtermischen ist eine gute Idee. Aber geht da nicht
auch das Jittern / Phasenrauschen des Referenztaktes mit ein? Wie messe
ich den Jitter von extrem jitterarmen Taktquellen?
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.
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