Mediciones del espectro de fluctuación con osciloscopio digital
Clockworks Signal Processing ha publicado una nota de aplicación sobre la medición del jitter con osciloscopios de la serie SIGLENT XE.
Fuente: https://clk.works/2020/05/jitter-spectrum-measurement-with-a-dso/
Al probar algunos equipos de la A2B, se observó lo que parecía ser una gran fluctuación en los relojes. Aunque existen osciloscopios y software específicos para realizar mediciones de fluctuación, no había ninguno disponible en el momento en que se necesitaron las mediciones.
La idea básica es bastante sencilla: mide los bordes del reloj y comprueba si están espaciados exactamente igual o si cambian con el tiempo (fluctuación). Un reloj desigual alimentado a un ADC o DAC creará efectos FM y/o AM y aumentará el ruido de fondo. Los efectos de la fluctuación del reloj dependen del tipo de fluctuación. La fluctuación aleatoria puede tener efectos audibles menos perturbadores que la fluctuación dominada por una frecuencia concreta. Hay muchas formas de que la fluctuación se acople a las líneas de reloj y cause problemas.
La nota de aplicación adjunta examina el uso de un DSO tipo jardín (200 MHz BW, 1 Gmuestra/seg) para ver si puede ocupar el lugar de una configuración de 50.000 $ que normalmente se utilizaría para investigar un problema de fluctuación.
Afortunadamente, la respuesta es que puedes obtener resultados utilizables dentro de los límites de lo que requieren la mayoría de los sistemas de audio. A frecuencias de fluctuación más altas (> 2 kHz), cuando se miden relojes de bits típicos (es decir, de 3 MHz a 24 - MHz), el ruido de fondo de fluctuación medido es de unos 20 pseg RMS. A frecuencias más bajas, es de unos 200 pseg RMS, ya que se requieren longitudes de grabación más largas. Para más detalles, consulta la nota de la aplicación. El software y los archivos de muestra están en el archivo .zip.
La nota de aplicación también presenta una curva de audibilidad del jitter derivada de una revisión bibliográfica, señalando que el jitter aleatorio de banda ancha tiene consideraciones diferentes que el jitter con tonos espectrales.
Las revisiones de equipos que se centran en la medición son mucho más sensibles que los criterios de audibilidad. No se establecen criterios para las mediciones porque hay demasiadas variables que considerar. Algunos revisores podrían considerar que cualquier banda lateral relacionada con la fluctuación por encima del ruido de fondo al muestrear o reproducir tonos puros es señal de un diseño deficiente. La fluctuación aleatoria de banda ancha también aumenta el ruido de fondo, pero la magnitud de este aumento depende del contenido utilizado para la medición del ruido. Dado que algunas pruebas utilizan 11 kHz (normalmente como parte de una prueba IMD con un segundo tono a 1 kHz de distancia), no es descabellado utilizarlo como supuesto para las pruebas. Su frecuencia más alta muestra el efecto del jitter mucho más fácilmente que un tono de prueba a 1 kHz.
En la vida real, ningún contenido musical tendría ondas sinusoidales de 11 kHz a 0 dB; ése no es el objetivo de una prueba de este tipo. Con unas especificaciones de equipo tan buenas, sacar a la luz sus defectos requiere una postura de prueba más agresiva. Incluso en publicidad, si un producto dice 10 Hz a 50 kHz +/- 3 dB, más vale que funcione en ese rango sin extrañas cláusulas de "excepto los martes".
La postura de Clockworks es que a una potencia de accionamiento media, es decir, 110 dB DR, no debería haber fluctuaciones espectrales medibles por encima del ruido de fondo. Del mismo modo, el ruido de fondo debería cumplir las especificaciones indicadas no sólo en condiciones AES-17, sino también para un tono de 11 kHz.
Sin incurrir en costes extraordinarios por un rendimiento superior a 120 dB DR, puede ser muy difícil evitar algunos componentes relacionados con la fluctuación.
Traducir esto en requisitos de fluctuación es difícil. Por otro lado, es razonable predecir el impacto de una combinación determinada de componentes de fluctuación tonal y de banda ancha. Un recurso fácil de usar para ello es DISTORT, disponible en https://distortaudio.org. Fue desarrollado por Paul Kane y lanzado en 2019 a través del foro Audio Science Review. En el momento de escribir este artículo aún está en fase beta. Una cuestión pendiente es que ofrece una amplia gama de funciones de ventana FFT (y no está documentada para los casos en que la función tiene parámetros), pero la corrección de la ganancia de procesamiento parecía un poco desajustada en algunos casos, pero eso era sólo a ojo. Utiliza la misma selección de ventana para todas las mediciones, ya que las mediciones comparativas son correctas. Recuerda también que algunas funciones de ventana tienen lóbulos laterales altos. Cuando investigues el efecto del jitter en el ruido de fondo, selecciona una ventana con una energía de lóbulos laterales baja en relación con el ruido de fondo esperado.