Keysight Technologies Jitter messen und verstehen

Abbildung 2: Ein tatsächlich gemessenes Augendiagramm weicht von der idealen Form oft ab, liefert dem Ingenieur aber gerade dadurch eine Menge Informationen
Ein Augendiagramm weicht von der idealen Form oft ab, liefert dem Ingenieur aber gerade dadurch eine Menge Informationen

Begrenzte Jitterquellen, unbegrenzte Jitterquellen, Gesamtjitter eines Signals- was versteht man eigentlich darunter? Wie erkennt man die Ursachen für Jitter? Und wie kann man sie ausräumen? Die Messtechnik-Experten von Keysight Technologies erklären es.

Von Andrea Dodini, European Marketing Manager, Keysight Technologies

Warum arbeiten Computer digital? Weil es einfacher ist, wenn man die analogen Signale unserer Umwelt erst in Bits umwandelt und sie erst danach verarbeitet und speichert, als dass man mit den analogen Signalen direkt arbeitet.

Obwohl man die Nullen und Einsen eines digitalen Datenstroms normalerweise einfach voneinander unterscheiden kann, sind diese Bits in der Wirklichkeit immer noch elektrische Signale. Sie werden in einer analogen Welt übertragen, in der es Rauschen und Störsignale gibt. Liegt auf einem Digitalsignal ein zu hoher Störpegel, dann beginnen seine Flanken zu zittern. Diese Erscheinung nennt man Jitter. 

Dieses Phänomen kann zu Problemen führen, wenn eine Flanke an den Punkt verschoben wird, an dem das Signal abgetastet wird. In diesem Fall erfasst der Empfänger das Bit möglicherweise falsch, und ein Bitfehler entsteht.

Wie entsteht Jitter?

Es gibt unterschiedliche Arten Jitter. Wenn der Ingenieur versteht, wie die unterschiedlichen Jitter-Arten zustande kommen, kann er gezielt nach Ursachen forschen und Gegenmaßnahmen ergreifen. 

Hauptursachen des Jitters sind: 

  • Systemphänomene – darunter versteht man Effekte, die darauf zurückzuführen sind, dass ein digitales Signal letztlich analog übermittelt wird. Beispiele für systembedingte Jitterquellen sind Übersprechen und Einstrahlung, Streuung und Impedanzfehlanpassung.
  • Abhängigkeit von den Übertragungsdaten – Jitter hängt auch vom übertragenen Datenmuster ab. Hier spielen Intersymbol-interferenz, Verschiebung des Tastverhältnisses und pseudozufällige Periodizität der Bitsequenz eine Rolle.
  • Rauschen – Zu diesen Jitterursachen zählen:
    • Thermisches Rauschen
    • kTB-Rauschen, das vom Fluss der Elektronen in Leitern abhängt und mit der Bandbreite, Temperatur und dem Rauschwiderstand steigt.
    • Schrotrauschen – also Rauschen von Elektronen und Löchern in Halbleitern, dessen Amplitude vom Vorstrom und der Messbandbreite abhängt.
    • Rosa Rauschen mit einem 1/f-Spektrum