Jitter é um gremlin da integridade de sinal que está conosco por um longo tempo. De fato, está conosco desde antes que alguém realmente se preocupasse com ele. Mas com o passar do tempo, nossa percepção sobre o jitter certamente mudou, e com isto nossas abordagens ao diagnosticá-lo, medi-lo e finalmente, eliminá-lo. Aqui, vamos dar início a uma caminhada pela "história do jitter", avaliando onde nós estivemos e para onde nós poderemos ir em nossas iterações com o fenômeno.
Não há um percurso simples e direto pela história do jitter. Pelo contrário, é uma história de vários instrumentos, inventores e reviravoltas. Nós sabemos, contudo, que se estende da ascensão das taxas de dados seriais de 45-baud de um receptor telegráfico até as veneráveis portas seriais de 9 pinos de fibras óticas, transmitindo sinais de 160Gbaud ou mais (ver Figura 1). Pelo caminho, nós vemos osciloscópios de tempo real, osciloscópios de amostragem, analisadores de intervalo de tempo, analisadores de ruído de fase, e testadores de taxa de erro de bit (bit-error-rate, BER) serem lançados sobre o problema em nossos esforços de entendê-lo e domá-lo.
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| Figura 1: A história do jitter se estende dos 45 bauds de telégrafos até os 160 Gbauds de fibra óticas. |
Dando um passo atrás por um instante, por que nós nos importamos com o jitter? A versão mais curta: ele causa erros em bits. Basicamente, jitter é um fenômeno horizontal (ou baseado em tempo) onde as bordas das transições em uma forma de onda chegam antes ou depois em relação ao clock que está chaveando o sinal. Se, por exemplo, a borda de um dado chega depois de seu respectivo clock, então um bit que deveria ser chaveado como alto será chaveado como baixo. Tempo de borda errado gera chaveamento incorreto que gera bits errados.
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| Figura 2: O jitter acontece quando as bordas de dados e de seu respectivo clock não estão marchando em sincronia |
Nos antigos dias da lógica digital — nos anos 60 — a preocupação envolvendo medições de tempo e chaveamento apropriado estava nos tempos de setup e hold. Investigação da performance do setup e hold era relativamente simples, mesmo com os osciloscópios analógicos daquela época. A pessoa ligaria o trigger no clock e mediria o tempo de uma borda para a próxima usando cursores. Em outras palavras, você duplicava os diagramas de tempo do datasheet para ver se você cairia dentro das margens de tempo requeridas.
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| Figura 3: Lembra-se dos despreocupados anos 70 e 80, onde ninguém se importava muito com o jitter? |
O fato é que naqueles primeiros dias da eletrônica digital, o jitter não era lá um grande problema. Mesmo entrando nos anos 70 e 80, com barramentos paralelos, taxas de transmissão na ordem de dezenas de megabits/s, e tempos de subida de nanossegundos, o jitter ainda não disparava muitos alarmes. Se um intervalo unitário era tão longo, com respectivos tempos de setup e hold também longos, então a relação entre a espessura da borda e os parâmetros gerais fazia que a probabilidade de incerteza de temporização causando um erro de bit fosse bem baixo (Figura 3).
Mas no final dos anos 90, o cenário era bem diferente com relação ao jitter. A transição de barramentos paralelos para seriais estava bem avançada. Taxas de transmissão subiram para a faixa dos gigabits enquanto os tempos de subida caíram para as centenas de picossegundos. Como consequência, uma pequena variação em uma borda de subida ou descida se tornou muito mais significativo em relação ao intervalo inteiro.
Assim, no fim dos anos 90, a questão se tornou "Como eu caracterizo tempos de setup e hold com um nível real de certeza?". Em outras palavras, quanto jitter existe? Ah, AGORA ele é importante! Um método simplista que ganhou proeminência foi medir o jitter pico a pico em oito bordas de clock. Obviamente, este não é um método particularmente preciso, já que haverá uma boa quantidade de variação em quaisquer oito bordas de uma saída de clock. Uma coisa ficou clara: Jitter afeta margens de setup e hold. Quanto mais tempo nós medirmos, mais curtos ficarão os tempos de setup e hold, e mais justas ficarão as margens.
Por volta desta época alguns avanços na tecnologia de medição foram desenvolvidos e permitiram que os tempos de bordas fossem analisados com um pouco mais de detalhes. Acompanhem mais para os próximos posts que continuarão a história do jitter.
Artigo traduzido de blog.teledynelecroy.com/2015/03/the-history-of-jitter.html
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