技术分享 | 浅谈抖动对12G-SDI信号的影响

　　12G-SDI对于3G或者HD-SDI来说传输速率提高常大，可以传输4K信号，可以满足大家对超高清视频的需求，但是在使用12G-SDI系统的过程中发现非常多的问题，哪些指标影响信号质量呢?今天我们分享讲解抖动的这篇文章，同时添加了一些关于12G-SDI线缆的注意点，希望引发大家的思考，共同提高对12G-SDI系统的理解，谢谢!

　　以下文章转载自：博亚威源

　　抖动（注：信号的某特定时刻相对于其理想时间位置上的短期偏离为抖动） ，作为12G-SDI的重要指标之一，与上升/下降时间和幅度并列为SDI三大重要指标，同时也是所有高速信号的重要指标，以用来衡量高速信号的稳定性和可靠性。对于抖动的分析，很难有特定的分析理论支持，因为抖动的生成有非常多的因素，我们首先以板级参数来分析抖动的形成。

　　12G-SDI(或所有高速信号)的寄生参数，一直以来都是硬件工程师最为头疼的事情，寄生电阻、寄生电感和寄生电容的存在无时无刻将高速信号拉入深渊，导致SDI的上升时间增加，边沿变缓，幅度降低和大量的抖动的生成，从而造成误码。

　　在标准大气压力和温度下，寄生参数无法去除，对于超导环境下的金属及纤维的本质变化，我们暂不考虑分析。我们可以通过一个简单的公式展开理解，以板级寄生电容公式为例：”C(pF)=W*L*Er0*Er1/d”，其中W=布线宽度，L=线长，Er0=空气介电常数，Er1=电路板的介电常数d=布线间距。可以看到，诸多参数的相互影响，构成寄生电容参数。当信号高速变化时，就会串扰至相邻走线中产生耦合电流：“I(A)=C(dV/dt)”，（我们常说的线缆电容值，叫分布电容，它存在于由两个存在电压差而又相互绝缘的导体间，线缆传输高频信号时，由于分布电容的影响，有多种影响，增大衰减，信号失真等等，所以用PE做绝缘材料，降低芯与芯之间的电容值，可以减小分布电容对高频信号的影响） 如果我们分析来抑制这个瞬间电流，又会出现其他问题：无论如何改变源端内阻，都会改变传输线的阻抗，形成反射导致抖动的生成;如果增加电感值，虽会抑制瞬间电流的形成，但会形成阻尼震荡磁场，对于高速信号来讲，又是致命的参数。在加上寄生电阻和寄生电感的等效阻抗的影响，12G-SDI的板级反射点非常多，从而导致大量的信源抖动的生成，并沿传输路径向后级叠加传播。

　　但是，信源抖动并不是12G-SDI的抖动源，SDI的更大抖动源，仍然来自理想占空比周期信号的时间偏差，称为TIE(时间间隔错误)。

　　不同于3G/HD/SD-SDI等低速信号，12G-SDI的工作时钟频率非常高，而传输介质的影响更为严重，板级寄生参数、串扰、不匹配的阻抗以及不标准的连接器及端点焊接方式等等，都会造成12G-SDI大量的抖动生成（对 于12G-SDI线缆来说阻抗不匹配，连接器质量和加工方式，施工时不注意保护线缆圆整度等此类问题，会造成回波反射，对信号质量和传输距离都要非常大的影响，因此优质高清视频线+标准连接器+规范施工是保证信号正常传输的关键）， TIE的频域覆盖广泛，无法有效的测量和控制抖动范围，因此SMPTE 2082-1:2015 中规定了从10Hz(定时抖动下频带边缘)到1.2GHz(上频带边缘)之间的抖动定义为定时抖动(Timing Jitter)，而100KHz(对齐抖动下频带边缘)到1.2GHz(上频带边缘)之间的抖动定义为对齐抖动(Alignment Jitter)。测量由TIE引起的抖动，是目前测试12G-SDI最有效的方法，同时也适用于6G/3G/HD/SD-SDI和符合地面数字广播DVB-ASI(MPEG2及H.264、AVS/+等)编码的TS流的测试。

　　可以看出，定时抖动(Timing Jitter)因其覆盖更广泛的频域，所以抖动数值要大于对齐抖动(Alignment Jitter)。按照ST2082-1:2015的执行标准，12G-SDI的定时抖动值应小于2UI(168ps)，而对齐抖动值应小于0.3UI(28ps)。

　　在这里，我们引入另外两个名称：确定性抖动和随机抖动。

　　由于生成抖动的因素非常之多，为了方便抖动的归类，我们把具有可重复性周期及可预测性的抖动，称为确定性抖动;把随时间的变化而变化的具有不确定性的符合高斯分布的抖动，称之为随机抖动。而由于随机抖动无法有效的过滤和去除，在测量12G-SDI抖动时，仍会受到其影响，导致测试值波动从而超出ST标准。在此同样建议产品设计者尽可能优化板级设计，匹配阻抗特性，提高12G-SDI抖动裕度，降低输出抖动。

　　在所有SMPTE的SDI标准中，将12G-SDI的对齐抖动放宽至0.3UI（ 注：Unit Interval指的是单位时间间隔，通常在通信信号的抖动测试中用来表示抖动幅度的单位）， 虽比3G-SDI的0.2UI的标准增加了0.1UI，但4倍于3G-SDI速度的12G-SDI，0.1UI的增加，对于抖动的余量，其作用仍然微乎其微。如何有效的降低信号抖动，仍是产品设计者最严峻的考验。