技術(shù)分享 | 淺談抖動對12G-SDI信號的影響

　　12G-SDI對于3G或者HD-SDI來說傳輸速率提高常大，可以傳輸4K信號，可以滿足大家對超高清視頻的需求，但是在使用12G-SDI系統(tǒng)的過程中發(fā)現(xiàn)非常多的問題，哪些指標(biāo)影響信號質(zhì)量呢?今天我們分享講解抖動的這篇文章，同時添加了一些關(guān)于12G-SDI線纜的注意點，希望引發(fā)大家的思考，共同提高對12G-SDI系統(tǒng)的理解，謝謝!

　　以下文章轉(zhuǎn)載自：博亞威源

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

　　12G-SDI(或所有高速信號)的寄生參數(shù)，一直以來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時無刻將高速信號拉入深淵，導(dǎo)致SDI的上升時間增加，邊沿變緩，幅度降低和大量的抖動的生成，從而造成誤碼。

　　在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力和溫度下，寄生參數(shù)無法去除，對于超導(dǎo)環(huán)境下的金屬及纖維的本質(zhì)變化，我們暫不考慮分析。我們可以通過一個簡單的公式展開理解，以板級寄生電容公式為例：”C(pF)=W*L*Er0*Er1/d”，其中W=布線寬度，L=線長，Er0=空氣介電常數(shù)，Er1=電路板的介電常數(shù)d=布線間距。可以看到，諸多參數(shù)的相互影響，構(gòu)成寄生電容參數(shù)。當(dāng)信號高速變化時，就會串?dāng)_至相鄰走線中產(chǎn)生耦合電流：“I(A)=C(dV/dt)”，（我們常說的線纜電容值，叫分布電容，它存在于由兩個存在電壓差而又相互絕緣的導(dǎo)體間，線纜傳輸高頻信號時，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） 如果我們分析來抑制這個瞬間電流，又會出現(xiàn)其他問題：無論如何改變源端內(nèi)阻，都會改變傳輸線的阻抗，形成反射導(dǎo)致抖動的生成;如果增加電感值，雖會抑制瞬間電流的形成，但會形成阻尼震蕩磁場，對于高速信號來講，又是致命的參數(shù)。在加上寄生電阻和寄生電感的等效阻抗的影響，12G-SDI的板級反射點非常多，從而導(dǎo)致大量的信源抖動的生成，并沿傳輸路徑向后級疊加傳播。

　　但是，信源抖動并不是12G-SDI的抖動源，SDI的更大抖動源，仍然來自理想占空比周期信號的時間偏差，稱為TIE(時間間隔錯誤)。

　　不同于3G/HD/SD-SDI等低速信號，12G-SDI的工作時鐘頻率非常高，而傳輸介質(zhì)的影響更為嚴重，板級寄生參數(shù)、串?dāng)_、不匹配的阻抗以及不標(biāo)準(zhǔn)的連接器及端點焊接方式等等，都會造成12G-SDI大量的抖動生成（對 于12G-SDI線纜來說阻抗不匹配，連接器質(zhì)量和加工方式，施工時不注意保護線纜圓整度等此類問題，會造成回波反射，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+標(biāo)準(zhǔn)連接器+規(guī)范施工是保證信號正常傳輸?shù)年P(guān)鍵）， TIE的頻域覆蓋廣泛，無法有效的測量和控制抖動范圍，因此SMPTE 2082-1:2015 中規(guī)定了從10Hz(定時抖動下頻帶邊緣)到1.2GHz(上頻帶邊緣)之間的抖動定義為定時抖動(Timing Jitter)，而100KHz(對齊抖動下頻帶邊緣)到1.2GHz(上頻帶邊緣)之間的抖動定義為對齊抖動(Alignment Jitter)。測量由TIE引起的抖動，是目前測試12G-SDI最有效的方法，同時也適用于6G/3G/HD/SD-SDI和符合地面數(shù)字廣播DVB-ASI(MPEG2及H.264、AVS/+等)編碼的TS流的測試。

　　可以看出，定時抖動(Timing Jitter)因其覆蓋更廣泛的頻域，所以抖動數(shù)值要大于對齊抖動(Alignment Jitter)。按照ST2082-1:2015的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，12G-SDI的定時抖動值應(yīng)小于2UI(168ps)，而對齊抖動值應(yīng)小于0.3UI(28ps)。

　　在這里，我們引入另外兩個名稱：確定性抖動和隨機抖動。

　　由于生成抖動的因素非常之多，為了方便抖動的歸類，我們把具有可重復(fù)性周期及可預(yù)測性的抖動，稱為確定性抖動;把隨時間的變化而變化的具有不確定性的符合高斯分布的抖動，稱之為隨機抖動。而由于隨機抖動無法有效的過濾和去除，在測量12G-SDI抖動時，仍會受到其影響，導(dǎo)致測試值波動從而超出ST標(biāo)準(zhǔn)。在此同樣建議產(chǎn)品設(shè)計者盡可能優(yōu)化板級設(shè)計，匹配阻抗特性，提高12G-SDI抖動裕度，降低輸出抖動。

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