SteadyClockTM az RME legújabb órajel technológiája – elmélet és gyakorlat

Elmélet

Az órajel szekció a külső szinkronizáláshoz általában egy analóg PLL-ből (phase lock loop), a belső szinkronizáláshoz pedig számos kvarc oszcillátorból áll. A SteadyClock csak egyetlen kvarcot igényel, méghozzá a digitális audiótól eltérő frekvencián, így gyakorlatilag elkerülhetők a zavarok. A legújabb áramkörök, mint a nagysebességű digitális szintetizátorban 200 MHz-et meg nem haladó frekvenciával üzemelők, teljes egészében digitális kivitelezésű PLL-lel működnek, a hatásos analóg szűrés lehetővé teszi az RME számára, hogy tökéletesen új fejlesztésű órajel technológiával álljon elő közvetlenül az FPGA-n belül a legalacsonyabb áron. Az órajel tulajdonságai még a professzionális követelményeket is meghaladják. Figyelemre méltó képességei mellett a SteadyClock más technológiákkal összehasonlítva nagyon gyors reagálású. A másodperc tört része alatt létrejön a szinkron, még az extrém varipitch változásokat is fázishelyesen követi és közvetlenül szinkronizál a 28 kHz és 200 kHz közötti tartományban.

Más technológiákkal összehasonlítva a SteadyClock legfőbb előnye az egylépcsős kivitel. A PLL általában kétlépcsős, az első fokozat szélessávú órajel szinkronizáló áramkörként működik, a második pedig keskenysávú áramkörként. Csupán a keskenysávú áramkör rendelkezik jitter elnyomással, így a szinkron létrejötte időbe telik, viszont a varipitch alkalmazásokban, ahol a második fokozat nem aktív, egyáltalán nem történik meg a jitter elnyomás. A SteadyClock közvetlenül szinkronizál, ugyanakkor nagyfokú jitter elnyomást biztosít.

Mérés

A SteadyClockot eredetileg az erősen jitteres MADI adatjelből való stabil és tiszta órajel kinyerésére fejlesztették. A beágyazott MADI órajel jitter vesztesége mintegy 80 nanoszekundum, amely a formátumon belüli 125 MHz-es időfelbontásnak köszönhető. Más készülékek általános jitter értéke 5 ns, a 2 nanoszekundumnál alacsonyabb jitter nagyon jó értéknek számít.

A kép a MADI bemeneti jelét mutatja 80 ns jitterrel (felső sárga grafikon). A SteadyClocknak köszönhetően a jel 2 ns jitter érték alá csökken (alsó kék grafikon)

80nszoom

AES, SPDIF, word clock, vagy ADAT bemeneti forrást használva valószínűleg soha nem találkozunk ilyen magas jitter értékkel. De a SteadyClock nem csak hogy fel van készítve ezekre, hanem azonnal kezelni is képes őket.

A képen egy különösen nagy jitter értékű (50 ns) word clock jel látható (felső sárga grafikon). A SteadyClock ismét alapos tisztítást végez. A megszűrt órajel 2 nanoszekundumnál alacsonyabb jitter értéket mutat (kék alsó grafikon).

Valós működés

A következő példa a SteadyClock viselkedését mutatja valós működés közben. A HDSP 9632 ADAT bemenete továbbfejlesztett BitClock PLL-t használ. Azonban ez a PLL nem rendelkezik jitter elnyomással az audió tartományon belül. Emiatt az ADAT jelből nyert órajel minősége nagyban függ a konkrét ADAT forrástól.

A HDSP 9632 (valamint az ADI-648 és HDSP MADI) esetében a SteadyClock feldolgozza az ADAT órajelet annak extrakciója után.

A kép a HDSP 9632 órajel kimenetét mutatja, amely a közvetlenül belső órából származik, illetve a SteadyClockból származót.

Ebben az esetben a kártya AutoSync üzemmódban van és ADAT jelet fogad nagyon alacsony (1 nanoszekundumnál kisebb) jitter értékkel. A BitClock PLL és SteadyClock megmaradó jitterét nehéz érzékelni, lévén hogy mindössze 700 ps (0,7 ns).

A kép ugyanezt a szituációt mutatja ADAT jellel, körülbelül 40 nanoszekundumos jitterrel. A bemeneti jitter csaknem teljes mértékben eltávolításra került, a HDSP9632 kimenete ismét körülbelül 700 ps-ot (0,7 ns) mutat.

A SteadyClock által feldolgozott jelet a belső AD/DA átalakítók és a digitális kimenetek vezérlésére használják. Emellett közvetlenül a word clock kimeneten is elérhető.

Mérés az Audio Percision System Two használatával

A SteadyClockot az Audio Precision System Two audió teszt rendszerrel vizsgálták. Az AP-t egy ADI-4 DD-hez csatlakoztatták, így az AP csak az AES be- és kimenet jitter értékét tudta mérni. A SteadyClockot ADI-648, ADI-2, HDSP MADI, HDSP9632 és Fireface 800-zal használták. A mérési eredmények az említett készülékekre is érvényesek.

Az AP egy AES jelet generált, amelyet 10/20/50 és 100 ns-os jitterrel moduláltak. A jitter frekvenciája nem fix volt, hanem 401 lépésben változott 20 Hz és 100 kHz között. Ezzel a módszerrel egy diagramot hoztak létre, amely a megmaradt jittert mutatja a jitter frekvenciához képest, vagy más szóval a jitter frenkvenciához képesti jitter elnyomást.

Egy ellenőrző önteszttel megállapították, hogy az AP csak 50 Hz és 50 kHz között mér pontosan, így az eredmények csak erre a tartományra korlátozódnak.

A diagramon látható, hogy a SteadyClock még a meghatározott szűrőtartományon kívül is erőteljesen csökkenti a jittert. A 100 ns-os bemeneti jitter 50 Hz-cel modulálva 14 ns-ra szorítható le, 100 Hz-cel pedig mindössze 7,5 ns lesz. 500 Hz-nél a megmaradó jitter már mindig 2 ns alatt marad. Még életszerűbb a 10 ns-os bemeneti jitter, melynek esetén a kimenet 1 ns alatt marad közel állandó jelleggel. A 2,4 kHz-en történő 30 dB-es csökkenés is javul, akár 40 dB-re.

A mérés azt mutatja, hogy a SteadyClock nem csupán versenyképes más ismert jitter csökkentő technológiákkal, de számos tekintetben meghaladja azok képességeit, például hatásosságban, sebességben, kezelhetőségben és árban.

Konklúzió

Az RME legújabb SteadyClock technológiája kiváló teljesítményt nyújt minden órajel üzemmódban. Különösen hatásos jitter elnyomás ADI-648, HDSP 9632, HDSP MADI, ADI-2, ADI-4 és Fireface 800 esetében érhető el az órajel frissítésével és tisztításával, referencia szintű órajelet produkál a word clock kimeneten. Ugyanakkor az analóg átalakítás garantáltan magas minőségi szinten történik, az alkalmazott referencia órajel minőségétől és fajtájától függetlenül. A megtisztított és jitter mentes órajel referencia jelként használható bármely alkalmazásban. A külső (bemeneti) órajel minősége nem okoz gondot többé.