S/PDIF, Jitter, BER και αλλες τετοιες προστυχιες...

Τον τελευταιο καιρο υπαρχει ενας αναβρασμος με τα DACs και τη χρηση τους καθως και πως να συνδεθουν κλπ.

Επειτα απο την πολυ ωραια απαντηση του VetNik και ενθυμουμενος μια κουβεντα που ειχαμε στο παρελθον σε σχεση με το S/PDIF και το Jitter και κατι μηχανακια της naim... σκεφτηκα να μαζεψουμε εδω μερικα πραγματα (παραπομπες αλλα και προσωπικα αρθρα που τα προτιμω) και ισως να ξεκαθαρισει και το τοπιο για μερικους (εγω ακομα τα εχω λιγο εως πολυ μπλεγμενα). Αν υπαρχει δε, καπου αλλου κατι και δεν το ειδα παρακαλω να μεταφερθει εκει, no problem. Τελος να πω οτι δεν αντιλαμβανομαι το φυσικο επιπεδο, για εμενα ειναι μαυρο κουτι. Οποτε οποιος εθελοντης για... ξεστραβωμα ευπροσδεκτος. :grinning-smiley-043

Θα ξεκινησω με μια προσπαθεια αναλυσης του S/PDIF...

Ειναι το AES/EBU του φτωχου...
Αποτελειται απο δυο bit blocks (ή frame) των 192 bit, τα οποια χωριζονται σε 12 "λεξεις" των 16 bit ή καθε μια. Τα πρωτα 6 bit της πρωτης "λεξης" του bit block ειναι για control.
Αυτα ειναι:

• V (validity) bit : indicates if audio sample is valid.
• U (user) bit : user free coding i.e. running time song, track number.
• C (channel status) bit : emphasis, sampling rate and copy permit.
• P (parity) bit : error detection bit to check for good reception.

Τα 4 πρωτα bit καθε 32bit "λεξης" (bit 0 --> bit 3) αποτελουν ενα header για το χρονισμο.
Επισης ειναι δυνατον να εξαχθει πληροφορια χρονισμου απο το ιδιο το ιδιο το payload μιας και χρησημοποιει biphase mark code. οποτε, θεωρητικα, αν η πηγη μας ειναι σωστα χρονισμενη, και τα υπολοιπα μερη της αλυσιδας λειτουργουν κατω απο καποια τυποποιηση (και οχι με μαγεια , μαγκανεια, πετρες κλπ), ειναι δυνατον να χρονισουμε ολο το signal path. Λεγοντας χρονισουμε εννοουμε να δωσουμε ενα trigger στο εσωτερικο ρολοϊ της καθε εμπλεκομενης συσκευης.

Οι διαφορες του με το AES/EBU ειναι:
AES/EBU--------S/PDIF (IEC-958)

Cabling----- 110 ohm shileded TP--------75 ohm coaxial or fiber (Toslink)
Connector----- 3-pin XLR---------------RCA (or BNC, better)
Signal level----- 3..10V------------------0.5..1V
Modulation----- biphase-mark-code----biphase-mark-code
Subcode information----- ASCII ID text-------SCMS copy protection info
Max. Resolution------ 24 bits---------------20 bits (24 bit optional)

Δυο ειναι τα σημαντικα προβληματα που αντιμετωπιζουμε σε μια ψηφιακη μεταδοση δεδομενων (σε όποια), το Jitter και το BER (αληθεια γιατι δεν αναφερεται κανεις σε αυτο?)

Βεβαια ολα αυτα δεν ειναι προνομιο του audio, οποιοσδηποτε ασχολειται λιγο σοβαρα με transmission ξερει οτι αυτα τα προβληματα υπαρχουν παντου.
Οπως επισης οτι η χρηση της οπτικης ινας εγινε γιατι ειναι ανεπηρεαστη απο κραδασμους,RF, μικροτερες αποσβεσεις και BER, μεγαλυτερη αποσταση μεταδοσης, ηλεκτρικη απομονωση, μικροτερο κοστος κλπ.
Λεγοντας βεβαια μεγαλυτερη αποσταση, φυσικα δεν εννοουμε το ενα μετρο καλωδιο... ειναι μαλλον αστειο σε data transmission να συζηταμε για τετοιες αποστασεις.

Θα ειναι καλο λοιπον να μην τρεφουμε αυταπατες με τα οπτικα καλωδια. Τουλαχιστον οσον αφορα το Jitter βεβαια.

Τωρα οσον αφορα την ηλεκτρικη απομονωση, μηπως τελικα εκει ειναι το μυστικο και ακουει καποιος κοσμος διαφορες προς το καλυτερο?
Αλλα αν ισχυει αυτο, μηπως τελικα οι δυο αυτοι κρικοι εχουν αλλα προβληματα και απλα με την ινα τα βαζει κανεις κατω απο το χαλακι?

Περεταιρω Jitter φυσικα, εισαγεται σε καθε μετατροπη, λ.χ απο ηλεκτρικο σε οπτικο κλπ καθως και απο καθε ψηφιακη βαθμιδα της αλυσιδας μας.

Jitter

Δεν αφορα αμεσα το payload αυτο καθ'εαυτο αλλα το χρονισμο αναμεσα σε δυο μερη τις αλυσιδας (το οποιο κατ'επεκταση επηρεαζει ολη την αλυσιδα). Λογω διαφορας χρονισμου ειναι πιθανο ο ληπτης να μην αντιλαμβανεται σωστα τη στιγμη που πρεπει να αρχισει να λαμβανει και σαν αποτελεσμα αυτου θα ειναι να επηρεαστει εν τελει και το ιδιο το ωφελιμο σημα.

Το jitter δεν ειναι ενα.

Υπαρχουν ουσιαστικα 2 ειδων. Το random jitter και το deterministic jitter με το αθροισμα των οποιων εχουμε το συνολικο jitter ή αυτο που διαβαζουμε σαν jitter σε διαφορα specs.

To random jitter μπορει να “παρουσιαστει” μεσω κατανομης Gauss και φυσικα και το αθροισμα των δυο jitter, το ολικο δηλαδη ειναι δυνατον να παρουσιαστει απο μια κατανομη πιθανοτητων.



Και εδω μαζι με ενα data transition diagram



Το clock jitter γενικοτερα μετριεται και στο time domain και στο frequency domain.

Το Cycle-to-cycle jitter, το period jitter και το time interval error (TIE) jitter μετριουνται στο time domain ενω το phase noise και το phase jitter απαντουνται στο frequency domain.

Καποιες απο τις αιτιες του jitter ειναι διαφοροι θορυβοι (θερμικος, τροφοδοσιας, βροχου γειωσης, ανακλασεως, crosstalk, απο το ιδιο το PLL, απο αλλους ταλαντωτες) και απο τα καλωδια, τα βυσματα, τα φυσικα χαρακτηριστικα του μεσου μεταδοσης δηλαδη ακομα και απο τον ιδιο τον εκπομπο και το δεκτη.

Time Domain

Το Cycle-to-cycle jitter μετραει την αποκλιση την αλλαγη στην περιοδο μεταξυ δυο διαδοχικων clock cycles μετρωντας 1000 clock cycles.
Το Cycle-to-cycle jitter RMS μετραει την standard deviation αναμεσα σε δυο διαδοχικους clock cycles μεσα στους 1000. Τη μεση τιμη ουσιαστικα.
Το Cycle-to-cycle jitter peak to peak μετραει ουσιαστικα τη μεγιστη και την ελλαχιστη αποκλιση αναμεσα σε 2 διαδοχικους clock cycles μεσα στους 1000.

Η μετρηση του cycle to cycle jitter χρησημοποιειται για να δειξει την υπαρξη high frequency jitter σε ενα κυκλωμα καθως μετραει διπλανους κυκλους. Η τιμη του πρεπει να ειναι η ελαχιστη δυνατη αφου επηρεαζει αμεσα τον χρονισμο του κυκλωματος.

Το period jitter μετραει την μεγιστη αποκλιση μιας χρονικης περιοδου σε ενο χρονικο κυκλο σε μια κυμματομορφη που περιεχει 10000 χρονικους κυκλους. Αντιστοιχα το period jitter RMS μετραει την standard deviation και το period jitter peak to peak την διαφορα της μεγιστης με την ελαχιστη αποκλιση.

Το period jitter χρησιμοποιειται για να μετρησει low frequency jitter σε κυκλωματα, μιας και μετραει την χρονικη αποκλιση σε 10000 χρονικους κυκλους.
Χρησιμοποιειται κυριως για να ορισουμε το timing margin ενος μηχανηματος, την ανοχη ουσιαστικα.

Να σημειωθει οτι ο ορος frequency παραπανω, χρησιμοποιειται για δηλωσει επαναληψιμοτητα.

Τελος υπαρχει το Time Interval Error jitter ή TIE jitter. Αυτο μετραει ποσο μακρυα απεχει μια ενεργη κορυφη ενος σηματος χρονισμου απο την αντιστοιχη κορυφη μιας ιδανικης πηγης. Αντοστοιχως το TIE jitter RMS μετραει την standard deviation και το ΤΙΕ jitter peak to peak τη μεγιστη και την ελαχιστη αποκλιση.
Χρησιμοποιειται κυριως σε συστηματα clock και data recovery και δειχνει ποσο ικανος ειναι ο “δεκτης” να καταλαβει να αποκωδικοποιησει και ισως να διορθωσει εισερχομενα data streams.

Frequency domain

Το phase noise jitter ειναι ουσιαστικα το SNR αλλα σε 1Ηz ευρος ζωνης σε δεδομενο offset της φερουσας.

To phase jitter μετριεται ενσωματονοντας phase noise σε συγκεριμμενες συχνοτητες της φερουσας.
Μετραει την σταθμη των συγκεκριμμενων αυτων συχνοτητων σε σχεση με τη σταθμη της ιδιας της φερουσας interpolating το phase noise plot.

πηγες
http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/1916
http://www.altera.com/support/devices/pll_clock/jitter/pll-jitter.html

Επισης να ξανα πω, οτι , αυτο το thread δεν ειναι καποιο προσωπικο πονημα. Οποιος θελει ειναι παραπανω απο ευπροσδεκτος να συμμετεχει