Mesures du spectre de gigue avec un oscilloscope numérique
Clockworks Signal Processing a publié une note d'application sur la mesure de la gigue avec les oscilloscopes de la série SIGLENT XE.
Source : https://clk.works/2020/05/jitter-spectrum-measurement-with-a-dso/
En testant certains matériels A2B, une gigue apparemment élevée a été observée sur les horloges. Alors que des oscilloscopes et des logiciels spéciaux sont disponibles pour effectuer des mesures de gigue, l'un d'entre eux n'était pas disponible au moment où des mesures étaient nécessaires.
L'idée de base est assez simple - mesure les fronts d'horloge et vois s'ils sont tous espacés exactement de la même manière ou s'ils changent au fil du temps (jitter). Une horloge irrégulière alimentant un ADC ou un DAC produit des effets FM et/ou AM et augmente le bruit de fond. Les effets de la gigue d'horloge dépendent du type de gigue. La gigue aléatoire peut avoir des effets audibles moins gênants que la gigue dominée par une certaine fréquence. Il existe de nombreuses possibilités pour les signaux parasites de se coupler aux lignes d'horloge et de causer des problèmes.
Dans la note d'application ci-jointe, on examine l'utilisation d'un type de jardin DSO (200 MHz BW, 1 Gsample/sec) pour voir s'il peut prendre la place d'une configuration à 50 000 dollars qui serait normalement utilisée pour étudier un problème de gigue.
Heureusement, la réponse est que tu peux obtenir des résultats utilisables dans les limites de ce dont la plupart des systèmes audio ont besoin. À des fréquences de gigue plus élevées (> 2 kHz) lors de la mesure de cycles de bits typiques (c'est-à-dire 3 MHz à 24 - MHz), le bruit de fond de gigue mesuré est d'environ 20 psec RMS. Pour les fréquences plus basses, il s'agit d'environ 200 psec RMS, car des longueurs d'enregistrement plus longues sont nécessaires. Tu trouveras plus de détails dans la note de l'application. Les fichiers de logiciel et d'exemple se trouvent dans le fichier .zip.
L'Appnote présente également une courbe d'audibilité de la gigue, dérivée d'une revue de la littérature, et constate que la gigue aléatoire à large bande fait l'objet d'autres considérations que la gigue avec des tons spectraux qu'elle contient.
Les vérifications des appareils qui se concentrent sur la mesure sont beaucoup plus sensibles que les critères d'audibilité. Aucun critère n'est défini pour les mesures, car trop de variables doivent être prises en compte. Certains critiques pourraient considérer toute bande latérale liée à la gigue au-dessus du bruit de fond lors de l'échantillonnage ou du rendu de sons purs comme un signe de mauvaise conception. La gigue aléatoire à large bande augmente aussi le bruit de fond, mais le niveau de cette augmentation dépend du contenu utilisé pour mesurer le bruit. Comme certains tests utilisent 11 kHz (généralement dans le cadre d'un test IMD avec un deuxième son à 1 kHz), il n'est pas inapproprié de l'utiliser comme hypothèse pour les tests. Sa fréquence plus élevée montre l'effet de la gigue beaucoup plus facilement qu'un son de test de 1 kHz.
Dans la vie réelle, aucun contenu musical n'aurait des ondes sinusoïdales de 11 kHz à 0 dB ; ce n'est pas le but d'un tel test. Avec des spécifications d'équipement aussi bonnes, la mise en évidence de leurs défauts exige une attitude de test plus agressive. Il en va de même pour la publicité : si un produit indique 10 Hz à 50 kHz +/- 3 dB, il fonctionne mieux sur cette plage sans clauses étranges "sauf le mardi".
Clockworks défend la position qu'à une puissance de conduite moyenne, c'est-à-dire 110 dB DR, aucune gigue d'origine spectrale ne devrait être mesurable au-dessus du bruit de fond. De même, le bruit de fond devrait répondre aux spécifications indiquées non seulement dans des conditions AES-17, mais aussi avec un son de 11 kHz.
Sans dépenser des coûts extraordinaires pour une performance supérieure à 120 dB DR, il peut être très difficile d'éviter certains composants liés au jitter.
Traduire cela en exigences de jitter est difficile. La prédiction OTOH des effets d'une certaine combinaison de composants à large bande et de jitter tonal est raisonnable. Une ressource facile à utiliser pour cela est DISTORT, disponible sur https://distortaudio.org. Elle a été développée par Paul Kane et lancée en 2019 via le forum de Audio Science Review. Au moment de la rédaction de cet article, elle est encore en version bêta. Une question ouverte est qu'il offre une large gamme de fonctions de fenêtre FFT (et n'est pas documenté pour les cas où la fonction a des paramètres), mais la correction du gain de traitement semble être un peu à côté de la plaque dans certains cas, mais ce n'était qu'une vue de l'esprit. Utilise la même sélection de fenêtre pour toutes les mesures, car les mesures comparatives sont correctes. N'oublie pas non plus que certaines fonctions de fenêtre ont des lobes latéraux élevés. Si tu examines l'effet de gigue sur le bruit de fond, choisis une fenêtre avec une énergie de lobe secondaire faible par rapport au bruit de fond attendu.