Vergleich von Jitter-Messungen im Zeit- und Frequenzbereich

Bei der Analyse der Robustheit von Datenübertragungssystemen ist der Jitter ein wichtiger Indikator. Es ist ratsam, Jitter-Messgeräte sowohl für den Zeit- als auch den Frequenzbereich zu verwenden, um zwischen schnellen und langsamen Artefakten zu differenzieren.

Ihre Anforderung

Sie stehen vor der Aufgabe, den Jitter mit hoher Empfindlichkeit zu messen. Zufälliger Jitter im Zeitbereich spreizt das Signal im Frequenzbereich und kann als unerwünschte Phasenmodulation oder Phasenrauschen interpretiert werden. Das Phasenrauschen im Frequenzbereich kann mit Hilfe des Phasenrauschanalysators R&S®FSWP mit einer höheren Empfindlichkeit gemessen werden als Jitter im Zeitbereich. Dieser Analysator bietet bei Jitter-Messungen eine einzigartige Empfindlichkeit. Das digitale Oszilloskop R&S®RTO ist demgegenüber in der Lage, den Jitter von dynamischen Nebenlinien, z. B. Transienten oder sich bewegende Nebenlinien im Zeitbereich, zu erkennen.

Vergleich der Messergebnisse von R&S®RTO und R&S®FSWP

Für den Vergleich wurden ein 1-GHz-Signal mit einer FM-Modulation bei 1 MHz und additives Rauschen mit einer Bandbreite von 0 Hz bis 4 MHz verwendet. Damit die Messungen vergleichbar sind, wurde der Zeitintervallfehler (TIE) des R&S®RTO gewählt, da beide Geräte dem Oszillator folgen. Da die beiden Analysatoren jedoch mit unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, ergeben sich Unterschiede. Der R&S®FSWP integriert mehrere Zyklen des Signals.

Der R&S®FSWP ist am besten für die Messung zufälliger (Random Jitter, RJ) und periodischer Jitter (Periodic Jitter, PJ) geeignet, während der R&S®RTO auch Duty-Cycle-Verzerrungen und datenabhängigen Jitter detektieren kann.

Für Jitter-Messungen relevante Eigenschaften des R&S®FSWP und R&S®RTO
R&S®FSWP R&S®RTO
Empfindlichkeit ≤ 5 fs 600 fs (Jitter-Grundrauschen)

Erkennung dynamischer Signale
-
Erkennung mit der Track-Funktion

Max. messbare Eingangsfrequenz
bis zu 50 GHz bis zu 6 GHz
Aliasing nein ja

Messung nahe am Träger
0,01 Hz
begrenzt durch die maximale Aufzeichnungsdauer

Oben in Abbildung 1 ist die Messkurve des R&S®RTO als Track-Funktion zu sehen (TIE über der Zeit). Das mittlere Diagramm zeigt die FFT der Track-Funktion. Die FFT stellt das Jitter-Spektrum mit dem PJ dar. Die Fläche unter der Kurve entspricht dem Gesamt-Jitter (Total Jitter, TJ) des Signals. Die Ergebnisse werden in dBps angezeigt. Unten in der Abbildung ist das Histogramm der TIE-Messung zu sehen.

In Abbildung 2 werden die Messergebnisse des R&S®FSWP in dBc/Hz angezeigt. Der R&S®FSWP berechnet außerdem den PJ jeder Nebenlinie, den Gesamt-PJ und den RJ des Phasenrauschspektrums in ps.

Um die Ergebnisse vergleichbar zu machen, werden die Einheiten beider Messungen in ps umgerechnet. Darüber hinaus werden der zufällige Jitter beim R&S®RTO und der Gesamt-Jitter beim R&S®FSWP mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:

TJ2 = RJ2 + PJ2

Die nächste Tabelle zeigt die einzelnen Messungen und jeweiligen Unterschiede. Die Ergebnisse des R&S®RTO und R&S®FSWP sind nahezu identisch. Beide Geräte detektieren den PJ bei der gleichen Frequenz und der Unterschied der jeweiligen Werte beträgt weniger als 0,5 ps. Die Differenz zwischen den ermittelten RJ- und TJ-Werten ist weniger als 0,5 ps. Diese gute Übereinstimmung belegt die Vergleichbarkeit der beiden Geräte.

Messergebnisse von R&S®RTO2044 und R&S®FSWP
Frequenz R&S®RTO2044 R&S®FSWP Differenz

Periodischer
Jitter
1,0 MHz 4,64 ps 4,63 ps 0,01 ps

Zufälliger
Jitter
(Mittelwert)
7,34 ps 7,44 ps 0,10 ps

Gesamt-Jitter
(Mittelwert)
8,68 ps 8,76 ps 0,08 ps

Fazit

Das R&S®RTO digitale Oszilloskop und der R&S®FSWP Phasenrauschanalysator messen Jitter-Signale (TIE) vergleichbar und präzise – das R&S®RTO im Zeitbereich und der R&S®FSWP im Frequenzbereich. Das R&S®RTO bietet einen größeren Funktionsumfang und liefert zusätzliche Ergebnisse wie z. B. Duty-Cycle-Verzerrungen oder datenabhängigen Jitter. Es ermöglicht außerdem die Analyse schneller transienter Signale. Die Empfindlichkeit ist jedoch begrenzt. Der R&S®FSWP ermöglicht eine einfache Trennung von periodischem und zufälligem Jitter bei einer einzigartigen Empfindlichkeit von einigen wenigen fs. Das R&S®RTO und der R&S®FSWP ergänzen einander ausgezeichnet und stellen zusammen die perfekte Lösung für Jitter-Messungen dar.

Messergebnisse des RTO2044 digitalen Oszilloskops
Abb. 1: Messergebnisse des R&S®RTO2044 digitalen Oszilloskops
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Messergebnisse des FSWP Phasenrauschanalysators
Abb .2: Messergebnisse des R&S®FSWP Phasenrauschanalysators
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