Jitter, die Abweichung des Schaltungstimings von den erwarteten Werten, kann in Datenkommunikationssystemen große Probleme verursachen. Betrachten Sie das in Abbildung 100 gezeigte Blockdiagramm der Schnittstelle der physikalischen Schicht für ein 1Base-T-Ethernet. Die Qualität des 50-MHz-Takts hat einen großen Einfluss auf den korrekten Betrieb des Systems. In vielen Fällen zeigt eine einfache Messung der Taktfrequenz kein Problem, aber ein genauerer Blick auf den Phasen- oder Zeitintervall-Jitter offenbart große Schwierigkeiten.

Abbildung 1:

Übermäßiger Taktjitter kann zu fehlenden Datenpaketen in lokalen Ethernet-Netzwerken führen

Die in Abbildung 2 dargestellte Implementierung der JitterTrack-Funktion (Time Interval Error, TIE) von LeCroy misst die tatsächlichen Positionen einer ausgewählten Taktflanke anhand einer idealen Position basierend auf einer benutzerdefinierten Taktfrequenz. Bei Anwendung auf eine einheitliche Taktwellenform misst der Zeitintervallfehler die momentane Phasenänderung des Takts auf einer Zyklus-für-Zyklus-Basis. Selbst wenn die mittlere Taktfrequenz konstant ist, können große Phasenschwankungen auftreten. Diese Schwankungen können große Timing-Fehler verursachen, wie im folgenden Beispiel zu sehen ist.

Abbildung 2:

Die JitterTrack-Funktion für Zeitintervallfehler (TIE).

LeCroy-Designer einer 100 BaseT-Ethernet-Schnittstelle nahmen einige nicht zusammenhängende Schaltungsänderungen im Systemprozessor vor und bemerkten plötzlich, dass Pakete verpasst wurden. Eine Messung der 50-MHz-Oszillatorfrequenz und des 25-MHz-Sendetakts (Tx) ergab keine Änderung. Der 50-MHz-Oszillator war ein auf einer Phasenregelschleife (PLL) basierendes Gerät, das keine Jitter-Spezifikation aufwies. Die Betrachtung des Taktsignals mit analoger Beharrlichkeit ließ den Ingenieur vermuten, dass dieser Oszillator die Ursache des Problems war. Nachfolgende Messungen mit TIE quantifizierten den Jitter. Die Designer ersetzten die PLL durch einen Kristalloszillator und das Problem verschwand.

Die TIE-Messungen wurden mit der Jitter- und Timing-Analyseoption von LeCroy durchgeführt. In Abbildung 3 ist die Leistung des Quarzoszillators dargestellt.

Die erfasste Uhr, die in der oberen Wellenform (Kanal 2) gezeigt wird. Zeitintervallfehler (Spur A) und Zyklus-zu-Zyklus-Perioden-Jitter (Spur B) werden für 1 ms (50,000 Zyklen) des 50-MHz-Takts berechnet. Zusätzlich wird das Histogramm des Parameters Zeitintervallfehler bei Pegel (tie@lv) in Spur C gezeigt. Die Histogrammparameter avg, sigma und range lesen den Mittelwert, die Standardabweichung oder den Effektivwert-Jitter und den Spitze-zu-Spitze-Jitter des Intervallfehlers . Beachten Sie, dass der Bereich oder Peak-to-Peak-Jitter 1.553 ns beträgt.

Abbildung 3:

Zeitintervall-Fehleranalyse des Arbeitstaktoszillators

Vergleichen Sie diesen Wert mit der in Abbildung 50 gezeigten Jitter-Analyse des ursprünglichen 4-MHz-PLL-basierten Taktgebers. Dies ist der Oszillator, der den verworfenen Datenpaketen zugeordnet ist. Beachten Sie, dass sich die Schwankung von Zyklus zu Zyklus in Periode (Spur B) nicht merklich geändert hat. Die Zeitintervallfehlerfunktion und die zugehörigen Histogrammparameter zeigen einen großen Anstieg von TIE. Insbesondere hat sich der Spitze-zu-Spitze-Phasenjitter auf 12.7 ns erhöht.

Abbildung 4:

Zeitintervall-Fehleranalyse der PLL-Uhr

Bei der Analyse von Timing-Messungen ist es hilfreich, Zugriff auf eine Zyklus-für-Zyklus-Analyse von Frequenz/Periode, Breite, Arbeitszyklus, Zeitintervallfehler und Zyklus-zu-Zyklus-Periodenvariation zu haben. Wie aus diesem Beispiel ersichtlich, treten Probleme nicht zwangsläufig bei allen Messungen auf.