Gigue - Jitter

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Dans l' électronique et les télécommunications , la gigue est l'écart par rapport à la périodicité réelle d'un signal vraisemblablement périodique , souvent par rapport à un signal d'horloge de référence . Dans les applications de récupération d'horloge , cela s'appelle gigue temporelle . La gigue est un facteur important, et généralement indésirable, dans la conception de presque toutes les liaisons de communication .

La gigue peut être quantifiée dans les mêmes termes que tous les signaux variant dans le temps, par exemple, la moyenne quadratique (RMS) ou le déplacement crête à crête . De plus, comme d'autres signaux variant dans le temps, la gigue peut être exprimée en termes de densité spectrale .

La période de gigue est l'intervalle entre deux temps d'effet maximum (ou effet minimum) d'une caractéristique de signal qui varie régulièrement avec le temps. La fréquence de gigue , le chiffre le plus couramment cité, est son inverse. L'UIT-T G.810 classe les fréquences de gigue inférieures à 10 Hz comme dérapage et les fréquences égales ou supérieures à 10 Hz comme gigue.

La gigue peut être causée par des interférences électromagnétiques et une diaphonie avec les porteuses d'autres signaux. La gigue peut provoquer le scintillement d'un écran d'affichage, affecter les performances des processeurs des ordinateurs personnels, introduire des clics ou d'autres effets indésirables dans les signaux audio et entraîner la perte de données transmises entre les périphériques réseau. La quantité de gigue tolérable dépend de l'application concernée.

Métrique

Pour la gigue d' horloge , il existe trois métriques couramment utilisées :

Gigue absolue
La différence absolue dans la position du bord d'une horloge par rapport à son emplacement idéal.
Gigue de période (alias gigue de cycle )
La différence entre une période d'horloge et la période d'horloge idéale ou moyenne. La gigue de période a tendance à être importante dans les circuits synchrones tels que les machines à états numériques où le fonctionnement sans erreur des circuits est limité par la période d'horloge la plus courte possible (période moyenne moins gigue de cycle maximale), et les performances des circuits sont définies par le période d'horloge moyenne. Par conséquent, les circuits synchrones bénéficient de la minimisation de la gigue de période, de sorte que la période d'horloge la plus courte se rapproche de la période d'horloge moyenne.
Gigue d'un cycle à l'autre
La différence de durée de deux périodes d'horloge adjacentes. Cela peut être important pour certains types de circuits de génération d'horloge utilisés dans les microprocesseurs et les interfaces RAM .

En télécommunications , l'unité utilisée pour les types de gigue ci-dessus est généralement l' intervalle unitaire (UI) qui quantifie la gigue en termes de fraction de la période unitaire de transmission. Cette unité est utile car elle évolue avec la fréquence d'horloge et permet ainsi de comparer des interconnexions relativement lentes telles que T1 à des liaisons dorsales Internet à haut débit telles que OC-192 . Les unités absolues telles que les picosecondes sont plus courantes dans les applications de microprocesseur. Les unités de degrés et de radians sont également utilisées.

Dans la distribution normale, un écart-type par rapport à la moyenne (bleu foncé) représente environ 68 % de l'ensemble, tandis que deux écarts-types par rapport à la moyenne (bleu moyen et bleu foncé) représentent environ 95 % et trois écarts-types (clair, moyen, et bleu foncé) représentent environ 99,7 %.

Si la gigue a une distribution gaussienne , elle est généralement quantifiée à l'aide de l' écart type de cette distribution. Cela se traduit par une mesure RMS pour une distribution à moyenne nulle. Souvent, la distribution de la gigue est significativement non gaussienne. Cela peut se produire si la gigue est causée par des sources externes telles que le bruit de l'alimentation. Dans ces cas, les mesures crête à crête peuvent être plus utiles. De nombreux efforts ont été faits pour quantifier de manière significative les distributions qui ne sont ni gaussiennes ni n'ont un niveau de pic significatif. Tous ont des défauts, mais la plupart ont tendance à être assez bons pour les travaux d'ingénierie. Notez que généralement, le point de référence pour la gigue est défini de telle sorte que la gigue moyenne est de 0.

Dans les réseaux informatiques , la gigue peut faire référence à la variation du délai des paquets , la variation ( dispersion statistique ) du délai des paquets .

Les types

L'une des principales différences entre la gigue aléatoire et déterministe est que la gigue déterministe est limitée et la gigue aléatoire est illimitée.

Gigue aléatoire

La gigue aléatoire, également appelée gigue gaussienne, est un bruit de synchronisation électronique imprévisible. La gigue aléatoire suit généralement une distribution normale en raison du bruit thermique dans un circuit électrique ou du théorème central de la limite . Le théorème central limite indique que l'effet composite de nombreuses sources de bruit non corrélées, quelles que soient les distributions, se rapproche d'une distribution normale.

Gigue déterministe

La gigue déterministe est un type de gigue de signal d'horloge ou de données qui est prévisible et reproductible. La valeur crête à crête de cette gigue est limitée et les limites peuvent être facilement observées et prédites. La gigue déterministe a une distribution non normale connue. La gigue déterministe peut être soit corrélée au flux de données ( gigue dépendante des données ), soit non corrélée au flux de données (gigue non corrélée bornée). Des exemples de gigue dépendante des données sont la gigue dépendante du rapport cyclique (également appelée distorsion du rapport cyclique) et l' interférence intersymbole .

Gigue totale

m BER
6.4 10 −10
6.7 10 −11
7 10 −12
7.3 10 −13
7.6 10 −14

La gigue totale ( T ) est la combinaison de la gigue aléatoire ( R ) et de la gigue déterministe ( D ) et est calculée dans le contexte d'un taux d'erreur binaire (BER) requis pour le système :

T = D crête à crête + 2 nR rms ,

dans laquelle la valeur de n est basée sur le BER requis du lien.

Un BER commun utilisé dans les normes de communication telles qu'Ethernet est de 10 -12 .

Exemples

Gigue d'échantillonnage

Dans la conversion analogique-numérique et numérique-analogique de signaux, l'échantillonnage est normalement supposé être périodique avec une période fixe - le temps entre tous les deux échantillons est le même. S'il y a une gigue présente sur le signal d'horloge vers le convertisseur analogique-numérique ou un convertisseur numérique-analogique , le temps entre les échantillons varie et une erreur de signal instantanée survient. L'erreur est proportionnelle à la vitesse de balayage du signal souhaité et à la valeur absolue de l'erreur d'horloge. L'effet de la gigue sur le signal dépend de la nature de la gigue. La gigue aléatoire a tendance à ajouter du bruit à large bande tandis que la gigue périodique a tendance à ajouter des composantes spectrales errantes, "birdys". Dans certaines conditions, moins d'une nanoseconde de gigue peut réduire la résolution binaire effective d'un convertisseur avec une fréquence de Nyquist de 22 kHz à 14 bits.

La gigue d'échantillonnage est une considération importante dans la conversion de signal haute fréquence, ou lorsque le signal d'horloge est particulièrement sujet aux interférences.

Dans les réseaux d'antennes numériques, les gigues ADC et DAC sont les facteurs importants déterminant la précision de l'estimation de la direction d'arrivée et la profondeur de suppression des brouilleurs.

Gigue des paquets dans les réseaux informatiques

Dans le contexte des réseaux informatiques, la gigue de paquet ou la variation de délai de paquet (PDV) est la variation de latence telle que mesurée dans la variabilité dans le temps du délai de bout en bout à travers un réseau. Un réseau avec un retard constant n'a pas de gigue de paquet. La gigue des paquets est exprimée comme une moyenne de l'écart par rapport au délai moyen du réseau. La PDV est un facteur de qualité de service important dans l'évaluation des performances du réseau.

La transmission d'une rafale de trafic à un débit élevé suivie d'un intervalle ou d'une période de transmission à débit inférieur ou nul peut également être considérée comme une forme de gigue, car elle représente un écart par rapport au débit de transmission moyen. Cependant, contrairement à la gigue causée par la variation de latence, la transmission en rafales peut être considérée comme une caractéristique souhaitable, par exemple dans les transmissions à débit binaire variable .

Gigue vidéo et image

Une gigue vidéo ou image se produit lorsque les lignes horizontales des trames d'images vidéo sont déplacées de manière aléatoire en raison de la corruption des signaux de synchronisation ou des interférences électromagnétiques pendant la transmission vidéo. Une étude de déjittering basée sur un modèle a été réalisée dans le cadre de la restauration d'images et de vidéos numériques.

Essai

La gigue dans les architectures de bus série est mesurée au moyen de motifs oculaires . Il existe des normes pour la mesure de la gigue dans les architectures de bus série. Les normes couvrent la tolérance de gigue , la fonction de transfert de gigue et la génération de gigue , les valeurs requises pour ces attributs variant selon les différentes applications. Le cas échéant, les systèmes conformes sont tenus de se conformer à ces normes.

Les tests de gigue et sa mesure sont d'une importance croissante pour les ingénieurs en électronique en raison de l'augmentation des fréquences d'horloge dans les circuits électroniques numériques pour obtenir des performances de dispositif plus élevées. Des fréquences d'horloge plus élevées ont des ouvertures oculaires proportionnellement plus petites et imposent ainsi des tolérances plus strictes sur la gigue. Par exemple, les cartes mères d' ordinateurs modernes ont des architectures de bus série avec des ouvertures oculaires de 160 picosecondes ou moins. Ceci est extrêmement faible par rapport aux architectures de bus parallèles avec des performances équivalentes, qui peuvent avoir des ouvertures oculaires de l'ordre de 1000 picosecondes .

La gigue est mesurée et évaluée de diverses manières selon le type de circuit à tester. Dans tous les cas, le but de la mesure de la gigue est de vérifier que la gigue ne perturbera pas le fonctionnement normal du circuit.

Le test des performances de l'appareil pour la tolérance à la gigue peut impliquer l'injection de gigue dans les composants électroniques avec un équipement de test spécialisé.

Une approche moins directe, dans laquelle les formes d'onde analogiques sont numérisées et le flux de données résultant analysé, est utilisée lors de la mesure de la gigue des pixels dans les cartes d'acquisition d'images .

Atténuation

Circuits anti-gigue

Les circuits anti-gigue (AJC) sont une classe de circuits électroniques conçus pour réduire le niveau de gigue dans un signal d'horloge. Les AJC fonctionnent en resynchronisant les impulsions de sortie afin qu'elles s'alignent plus étroitement sur une horloge idéalisée. Ils sont largement utilisés dans les circuits d'horloge et de récupération de données dans les communications numériques , ainsi que pour les systèmes d'échantillonnage de données tels que le convertisseur analogique-numérique et le convertisseur numérique-analogique . Des exemples de circuits anti-gigue comprennent la boucle à verrouillage de phase et la boucle à verrouillage de retard .

Tampons de gigue

Les tampons de gigue ou de suppression de gigue sont des tampons utilisés pour contrer la gigue introduite par la mise en file d'attente dans les réseaux à commutation de paquets pour assurer la lecture continue d'un flux multimédia audio ou vidéo transmis sur le réseau. La gigue maximale qui peut être contrée par un tampon de suppression de gigue est égale au délai de mise en mémoire tampon introduit avant de commencer la lecture du flux multimédia. Dans le contexte des réseaux à commutation de paquets, le terme variation de délai de paquets est souvent préféré à gigue .

Certains systèmes utilisent des tampons de suppression de gigue à retard optimal qui sont capables d'adapter le retard de mise en mémoire tampon à l'évolution des caractéristiques du réseau. La logique d'adaptation est basée sur les estimations de gigue calculées à partir des caractéristiques d'arrivée des paquets multimédias. Les ajustements associés à la suppression de la gigue adaptative impliquent l'introduction de discontinuités dans la lecture multimédia qui peuvent être perceptibles par l'auditeur ou le téléspectateur. La suppression adaptative de la gigue est généralement effectuée pour les lectures audio qui incluent une détection d'activité vocale qui permet d'ajuster les durées des périodes de silence, minimisant ainsi l'impact perceptuel de l'adaptation.

Dejitterizer

Un dejitterizer est un dispositif qui réduit la gigue dans un signal numérique . Un anti-gigue se compose généralement d'un tampon élastique dans lequel le signal est temporairement stocké puis retransmis à un débit basé sur le débit moyen du signal entrant. Un dejitterizer peut ne pas être efficace pour éliminer la gigue basse fréquence (errance).

Filtrage et décomposition

Un filtre peut être conçu pour minimiser l'effet de la gigue d'échantillonnage.

Le signal de gigue peut être décomposé en fonctions de mode intrinsèque (FMI), qui peuvent ensuite être appliquées pour le filtrage ou la suppression de la gigue.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes