技術(shù)分享 | 淺談抖動(dòng)對12G-SDI信號的影響

　　12G-SDI對于3G或者HD-SDI來(lái)說(shuō)傳輸速率提高常大，可以傳輸4K信號，可以滿(mǎn)足大家對超高清視頻的需求，但是在使用12G-SDI系統的過(guò)程中發(fā)現非常多的問(wèn)題，哪些指標影響信號質(zhì)量呢?今天我們分享講解抖動(dòng)的這篇文章，同時(shí)添加了一些關(guān)于12G-SDI線(xiàn)纜的注意點(diǎn)，希望引發(fā)大家的思考，共同提高對12G-SDI系統的理解，謝謝!

　　以下文章轉載自：博亞威源

　　抖動(dòng)（注：信號的某特定時(shí)刻相對于其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)） ，作為12G-SDI的重要指標之一，與上升/下降時(shí)間和幅度并列為SDI三大重要指標，同時(shí)也是所有高速信號的重要指標，以用來(lái)衡量高速信號的穩定性和可靠性。對于抖動(dòng)的分析，很難有特定的分析理論支持，因為抖動(dòng)的生成有非常多的因素，我們首先以板級參數來(lái)分析抖動(dòng)的形成。

　　12G-SDI(或所有高速信號)的寄生參數，一直以來(lái)都是硬件工程師最為頭疼的事情，寄生電阻、寄生電感和寄生電容的存在無(wú)時(shí)無(wú)刻將高速信號拉入深淵，導致SDI的上升時(shí)間增加，邊沿變緩，幅度降低和大量的抖動(dòng)的生成，從而造成誤碼。

　　在標準大氣壓力和溫度下，寄生參數無(wú)法去除，對于超導環(huán)境下的金屬及纖維的本質(zhì)變化，我們暫不考慮分析。我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的公式展開(kāi)理解，以板級寄生電容公式為例：”C(pF)=W*L*Er0*Er1/d”，其中W=布線(xiàn)寬度，L=線(xiàn)長(cháng)，Er0=空氣介電常數，Er1=電路板的介電常數d=布線(xiàn)間距?？梢钥吹?，諸多參數的相互影響，構成寄生電容參數。當信號高速變化時(shí)，就會(huì )串擾至相鄰走線(xiàn)中產(chǎn)生耦合電流：“I(A)=C(dV/dt)”，（我們常說(shuō)的線(xiàn)纜電容值，叫分布電容，它存在于由兩個(gè)存在電壓差而又相互絕緣的導體間，線(xiàn)纜傳輸高頻信號時(shí)，由于分布電容的影響，有多種影響，增大衰減，信號失真等等，所以用PE做絕緣材料，降低芯與芯之間的電容值，可以減小分布電容對高頻信號的影響） 如果我們分析來(lái)抑制這個(gè)瞬間電流，又會(huì )出現其他問(wèn)題：無(wú)論如何改變源端內阻，都會(huì )改變傳輸線(xiàn)的阻抗，形成反射導致抖動(dòng)的生成;如果增加電感值，雖會(huì )抑制瞬間電流的形成，但會(huì )形成阻尼震蕩磁場(chǎng)，對于高速信號來(lái)講，又是致命的參數。在加上寄生電阻和寄生電感的等效阻抗的影響，12G-SDI的板級反射點(diǎn)非常多，從而導致大量的信源抖動(dòng)的生成，并沿傳輸路徑向后級疊加傳播。

　　但是，信源抖動(dòng)并不是12G-SDI的抖動(dòng)源，SDI的更大抖動(dòng)源，仍然來(lái)自理想占空比周期信號的時(shí)間偏差，稱(chēng)為T(mén)IE(時(shí)間間隔錯誤)。

　　不同于3G/HD/SD-SDI等低速信號，12G-SDI的工作時(shí)鐘頻率非常高，而傳輸介質(zhì)的影響更為嚴重，板級寄生參數、串擾、不匹配的阻抗以及不標準的連接器及端點(diǎn)焊接方式等等，都會(huì )造成12G-SDI大量的抖動(dòng)生成（對 于12G-SDI線(xiàn)纜來(lái)說(shuō)阻抗不匹配，連接器質(zhì)量和加工方式，施工時(shí)不注意保護線(xiàn)纜圓整度等此類(lèi)問(wèn)題，會(huì )造成回波反射，對信號質(zhì)量和傳輸距離都要非常大的影響，因此優(yōu)質(zhì)高清視頻線(xiàn)+標準連接器+規范施工是保證信號正常傳輸的關(guān)鍵）， TIE的頻域覆蓋廣泛，無(wú)法有效的測量和控制抖動(dòng)范圍，因此SMPTE 2082-1:2015 中規定了從10Hz(定時(shí)抖動(dòng)下頻帶邊緣)到1.2GHz(上頻帶邊緣)之間的抖動(dòng)定義為定時(shí)抖動(dòng)(Timing Jitter)，而100KHz(對齊抖動(dòng)下頻帶邊緣)到1.2GHz(上頻帶邊緣)之間的抖動(dòng)定義為對齊抖動(dòng)(Alignment Jitter)。測量由TIE引起的抖動(dòng)，是目前測試12G-SDI最有效的方法，同時(shí)也適用于6G/3G/HD/SD-SDI和符合地面數字廣播DVB-ASI(MPEG2及H.264、AVS/+等)編碼的TS流的測試。

　　可以看出，定時(shí)抖動(dòng)(Timing Jitter)因其覆蓋更廣泛的頻域，所以抖動(dòng)數值要大于對齊抖動(dòng)(Alignment Jitter)。按照ST2082-1:2015的執行標準，12G-SDI的定時(shí)抖動(dòng)值應小于2UI(168ps)，而對齊抖動(dòng)值應小于0.3UI(28ps)。

　　在這里，我們引入另外兩個(gè)名稱(chēng)：確定性抖動(dòng)和隨機抖動(dòng)。

　　由于生成抖動(dòng)的因素非常之多，為了方便抖動(dòng)的歸類(lèi)，我們把具有可重復性周期及可預測性的抖動(dòng)，稱(chēng)為確定性抖動(dòng);把隨時(shí)間的變化而變化的具有不確定性的符合高斯分布的抖動(dòng)，稱(chēng)之為隨機抖動(dòng)。而由于隨機抖動(dòng)無(wú)法有效的過(guò)濾和去除，在測量12G-SDI抖動(dòng)時(shí)，仍會(huì )受到其影響，導致測試值波動(dòng)從而超出ST標準。在此同樣建議產(chǎn)品設計者盡可能優(yōu)化板級設計，匹配阻抗特性，提高12G-SDI抖動(dòng)裕度，降低輸出抖動(dòng)。

　　在所有SMPTE的SDI標準中，將12G-SDI的對齊抖動(dòng)放寬至0.3UI（ 注：Unit Interval指的是單位時(shí)間間隔，通常在通信信號的抖動(dòng)測試中用來(lái)表示抖動(dòng)幅度的單位）， 雖比3G-SDI的0.2UI的標準增加了0.1UI，但4倍于3G-SDI速度的12G-SDI，0.1UI的增加，對于抖動(dòng)的余量，其作用仍然微乎其微。如何有效的降低信號抖動(dòng)，仍是產(chǎn)品設計者最嚴峻的考驗。