3 Attachment(s)
Δοκιμή ομοαξονικών καλωδίων για ψηφιακό audio - Hors d'oeuvres...
Υποθέτω ότι έχει ήδη διαρρεύσει ότι στο avmentor.gr ετοιμάζεται μια συγκριτική δοκιμή ομοαξονικών καλωδίων για μεταφορά ψηφιακού σήματος. Έχουν μαζευτεί πολλά κι ενδιαφέροντα κομμάτια και αυτή είναι η περίοδος που ετοιμάζονται οι μετρήσεις. Υπάρχουν αρκετά πράγματα που μπορεί να κάνει κανείς και σκοπεύω να παρουσιάσω εδώ κάποια δείγματα της μεθοδολογίας που πιθανόν θα χρησιμοποιηθεί τελικώς.
Μια από τις πρώτες ιδέες για την αξιολόγηση μιας ψηφιακής γραμμής μεταφοράς είναι να εξαταστεί αν παίζει ρόλο στην μεταφορά ενός σήματος που έχει ήδη πρόβλημα από την πηγή. Για τον σκοπό αυτό μπορεί να γίνει εισαγωγή θορύβου (ευρέως φάσματος) και να μετρηθούν τα σφάλματα τα οποία ανιχνεύονται στο ψηφιακό interface ενός dac στην είσοδο του οποίου συνδέεται το καλώδιο. Το ωραίο στην υπόθεση είναι ότι η μέτρηση των σφαλμάτων πρέπει να γίνει εσωτερικά στον dac με απευθείας data scoping στο σχετικό ολοκληρωμένο κύκλωμα. Όλα τα ψηφιακά interfaces (εδώ είναι ένα CS8412) έχουν τα σχετικά pins όπου εμφανίζεται λογικό "1" όταν ανιχνευθεί σφάλμα στο σήμα εισόδου. Η φωτό που ακολουθεί δείχνει την σύνδεση του λογικού αναλυτή επάνω στο τσιπ:
Attachment 578
Ακόμη και με σχετικώς ισχυρό θόρυβο, τα σφάλματα είναι σποραδικά. Για το λόγο αυτό η μέτρηση διαρκεί αρκετό χρόνο (εδώ, 60 δευτερόλεπτα) και μπορεί να βγεί ένας μέσος όρος ανα δευτερόλεπτο (ή ακόμη και ανά 1000 δείγματα, αφού ξέρουμε τον αριθμό των δειγμάτων που συνολικά έχουν περάσει). Αυτό που φαίνεται στον λογικό αναλυτή είναι κάτι τέτοιο:
Attachment 579
Ο ρυθμός των σφαλμάτων είναι οι παλμοί στα δύο τελευταία traces (#6 και #7) τα οποία αντιστοιχούν στα pins ERF και VERF του CS8412 (για όσους έχουν το data sheet)
Επειδή η οριζόντια κλίμακα είναι πολύ μεγάλη (1s/DIV) δεν είναι σαφές το τι ακριβώς γίνεται. Φαίνεται όμως καλύτερα εδώ:
Attachment 577
50μS μετά τον πρώτο κάθετο δρομέα εμφανίζεται ένα σφάλμα το οποίο αντιστοιχεί σε ένα λογικό "1" στα pins ERF και VERF. Το ψηφιακό interface κάνει αυτό που είναι προγραμματισμένο να κάνει: Επαναλαμβάνει το προηγούμενο δείγμα. Το δείγμα (δηλαδή η ψηφιακή λέξη) φαίνεται στο trace #5 και αντιστοιχεί στο δεξί κανάλι. Αυτό το καταλαβαίνουμε διότι εμφανίζεται κατά το λογικό "0" στο trace #4 όπου φαίνεται το σήμα στο pin FSYNC του interface. Το σήμα που αντιστοιχεί στο λογικό "1" είναι η λέξη του αριστερού καναλιού. Μπορείτε να επιβεβαιώσετε ότι είναι, όντως, το προηγούμενο δείγμα αν πάτε στο ακριβώς προηγούμενο "0" του FSYNC (κινούμενοι αριστερά) όπου φαίνεται ότι η αλληλουχία των (πολύ στενών) παλμών είναι η ίδια.
Κάποια νούμερα (τα οποία φυσικά αποτελούν πειραματικά αποτελέσματα ακόμη):
Καλώδιo RG59 (75Ω): 459 σφάλματα/min, 7.6 σφάλματα/sec
Καλώδιο RG58 (50Ω): 558 σφάλματα/min, 9,3 σφάλματα/sec
DUT #1: 510 σφάλματα/min, 8.5 σφάλματα/sec
DUT #2: 656 σφάλματα/min, 10.9 σφάλματα/sec
DUT #3: 464 σφάλματα/min, 7.7 σφάλματα/sec
2 Attachment(s)
Hors d'oeuvres, part 2: Eye Patterns
Ένα χρήσιμο εργαλείο (και ίσως το μοναδικό για το οποίο υπάρχει συγκεκριμένη προδιαγραφή όσον αφορά το πρωτόκολλο S/PDIF) είναι το διάγραμμα που ονομάζεται Eye Pattern. Αρχικώς φαίνεται κάπως πολύπλοκο αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι παρά η υπέρθεση της μιας ψηφιακής λέξης επάνω στην άλλη. Αν οι λέξεις είχαν απόλυτη χρονική ακρίβεια τότε θα συνέπιπταν και το διάγραμμα θα φαινόταν ως μονογραμμικό. Αν μάλιστα οι χρόνοι ανύψωσης των παλμών ήταν οι θεωρητικώς μηδενικοί, τότε το διάγραμμα αυτό θα ήταν δύο παράλληλες γραμμές. Ο προσδιορισμός του "οφθαλμού", στην περίπτωση των καλωδίων είναι πολύ απλός: Το υπό δοκιμήν καλώδιο συνδέει την έξοδο της γεννήτριας S/PDIF με την είσοδο του αναλυτή. Αυτό που πέρνουμε είναι κάπως έτσι:
Attachment 584
Το συγκεκριμένο διάγραμμα είναι ενός καλωδίου RG59. Στο διάγραμμα αυτό φαίνεται κατ' αρχήν το πλάτος του σήματος (τυπικά θα πρέπει να είναι 0.500mVpp, γιατί αυτή είναι η προδιαγραφή και αυτό το πλάτος έχει επιλεγεί). Στην συνέχεια, φαίνεται ο θόρυβος που μεταφέρεται από τη γραμμή (το πλάτος τον οριζόντιων τμημάτων είναι η ασάφεια που δημιουργεί ο θόρυβος καθώς προστίθεται στο σήμα) και, τέλος, μπορούμε να δούμε αν υπάρχει ασάφεια στον οριζόντιο άξονα, κυρίως στο σημείο διέλευσης από το μηδέν. Η ασάφεια στο σημείο αυτό είναι ένας από τους τέσσερεις διαφορετικούς τύπους jitter που μπορούμε να μετρήσουμε.
Ο κόκκινος οδηγός στο κέντρο του οφθαλμού είναι οι ελάχιστες προδιαγραφές που προτείνει το AES για την ασάφεια στην στάθμη (200mVpp) και την ασάφεια στον χρόνο (80nS). Όσο το σήμα βρίσκεται έξω από τα όρια αυτά (ο οφθαλμός είναι "ανοικτός") τότε το ψηφιακό interface θεωρείται επαρκές.
Οι μετρήσεις jitter για το συγκεκριμένο καλώδιο είναι:
Sampling Jitter: 1.15nS
Data Jitter: 1.07nS
Zero crossing Jitter: 0.4nS
Eye-narrowing jitter: 7.5nS
Ένα αρκετά ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου διαγράμματος είναι ο χρόνος ανόδου του. Ορίζεται κλασικά (ο χρόνος που απαιτείται για την κυματομορφή ώστε αυτή να φτάσει από το 10% της στάθμης της στο 90%) και είναι ένα δείγμα του πόσο "γρήγορη" είναι η γραμμή μεταφοράς. Η μέτρηση μπορεί να γίνει οπουδήποτε αλλά καλό είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα σημείο που η κυματομορφή είναι πιο "καθαρή". Επιλέγοντας το preamble ενός από τα δύο κανάλια (το διάκενο μεταξύ των δεδομένων του ενός καναλιού από το άλλο) πέρνουμε ένα διάγραμμα σαν αυτό:
Attachment 583
Η μέτρηση μπορεί να γίνει στο μέτωπο του παλμού που προηγείται της "λέξης" η οποία ακολουθεί λίγο αργότερα.
Για το καλώδιο RG59 ο χρόνος ανόδου ήταν 24.8nS. Άλλες μετρήσεις:
RG58: 30.6nS
DUT1: 23.9nS
DUT2: 28nS
DUT3: 24.8nS
Οι παρατηρητικοί θα διαπιστώσουν, ίσως, ότι η στάθμη στη μέτρηση αυτή είναι πολύ υψηλότερη. Πράγματι, για να μειωθεί η παρουσία του θορύβου (και να γίνει η καμπύλη καθαρότερη και πιο σαφής) έχει επιλεγεί η υψηλότερη επιτρέπτή από το πρωτόκολλο S/PDIF στάθμη η οποία είναι 2.5Vpp.