En electrónica y telecomunicaciones , el jitter es la desviación de la periodicidad real de una señal presuntamente periódica , a menudo en relación con una señal de reloj de referencia . En aplicaciones de recuperación de reloj se denomina jitter de temporización . [1] El jitter es un factor significativo, y generalmente no deseado, en el diseño de casi todos los enlaces de comunicaciones .
La fluctuación se puede cuantificar en los mismos términos que todas las señales que varían con el tiempo, por ejemplo, la raíz cuadrada media (RMS) o el desplazamiento de pico a pico . Además, al igual que otras señales que varían con el tiempo, la fluctuación se puede expresar en términos de densidad espectral .
El período de fluctuación es el intervalo entre dos momentos de efecto máximo (o efecto mínimo) de una característica de señal que varía regularmente con el tiempo. La frecuencia de fluctuación , la cifra más comúnmente citada, es su inversa. La norma ITU-T G.810 clasifica las frecuencias de desviación más bajas por debajo de 10 Hz como fluctuación y las frecuencias más altas de 10 Hz o más como fluctuación . [2]
La fluctuación puede ser causada por interferencias electromagnéticas y diafonía con portadoras de otras señales. La fluctuación puede hacer que el monitor de la pantalla parpadee, afecte el rendimiento de los procesadores de las computadoras personales, introduzca clics u otros efectos no deseados en las señales de audio y cause la pérdida de datos transmitidos entre dispositivos de red. La cantidad de fluctuación tolerable depende de la aplicación afectada.
Para la fluctuación del reloj , hay tres métricas comúnmente utilizadas: [ contradictorias ]
En telecomunicaciones , la unidad utilizada para los tipos de fluctuación de fase anteriores suele ser el intervalo unitario (UI), que cuantifica la fluctuación de fase en términos de una fracción del período unitario de transmisión. Esta unidad es útil porque escala con la frecuencia de reloj y, por lo tanto, permite comparar interconexiones relativamente lentas, como T1, con enlaces troncales de Internet de mayor velocidad, como OC-192 . Las unidades absolutas, como los picosegundos, son más comunes en aplicaciones de microprocesadores. También se utilizan unidades de grados y radianes .
Si la fluctuación tiene una distribución gaussiana , generalmente se cuantifica utilizando la desviación estándar de esta distribución. Esto se traduce en una medición RMS para una distribución de media cero. A menudo, la distribución de fluctuación es significativamente no gaussiana. Esto puede ocurrir si la fluctuación es causada por fuentes externas, como el ruido de la fuente de alimentación. En estos casos, las mediciones pico a pico pueden ser más útiles. Se han realizado muchos esfuerzos para cuantificar de manera significativa las distribuciones que no son gaussianas ni tienen un nivel de pico significativo. Todas tienen deficiencias, pero la mayoría tienden a ser lo suficientemente buenas para los fines del trabajo de ingeniería.
En redes de computadoras , el jitter puede referirse a la variación del retardo de los paquetes , la variación ( dispersión estadística ) en el retraso de los paquetes .
Una de las principales diferencias entre el jitter aleatorio y el determinista es que el jitter determinista está limitado y el jitter aleatorio no está limitado. [3] [4]
La fluctuación aleatoria, también llamada fluctuación gaussiana, es un ruido de sincronización electrónico impredecible. La fluctuación aleatoria generalmente sigue una distribución normal [5] [6] debido a que es causada por ruido térmico en un circuito eléctrico .
El jitter determinista es un tipo de jitter de señal de datos o de reloj que es predecible y reproducible. El valor pico a pico de este jitter está acotado, y los límites se pueden observar y predecir fácilmente. El jitter determinista tiene una distribución no normal conocida. El jitter determinista puede estar correlacionado con el flujo de datos ( jitter dependiente de los datos ) o no correlacionado con el flujo de datos (jitter no correlacionado acotado). Algunos ejemplos de jitter dependiente de los datos son el jitter dependiente del ciclo de trabajo (también conocido como distorsión del ciclo de trabajo) y la interferencia entre símbolos .
El jitter total ( T ) es la combinación del jitter aleatorio ( R ) y el jitter determinista ( D ) y se calcula en el contexto de una tasa de error de bit (BER) requerida para el sistema: [7]
en el que el valor de n se basa en la BER requerida del enlace.
Una BER común utilizada en estándares de comunicación como Ethernet es 10 −12 .
En la conversión de señales de analógico a digital y de digital a analógico, normalmente se supone que el muestreo es periódico con un período fijo: el tiempo entre cada dos muestras es el mismo. Si hay fluctuación en la señal de reloj del convertidor de analógico a digital o de digital a analógico , el tiempo entre muestras varía y surge un error de señal instantáneo. El error es proporcional a la velocidad de respuesta de la señal deseada y al valor absoluto del error de reloj. El efecto de la fluctuación en la señal depende de la naturaleza de la fluctuación. La fluctuación aleatoria tiende a agregar ruido de banda ancha, mientras que la fluctuación periódica tiende a agregar componentes espectrales errantes, "birdys". En algunas condiciones, menos de un nanosegundo de fluctuación puede reducir la resolución de bits efectiva de un convertidor con una frecuencia de Nyquist de 22 kHz a 14 bits. [8]
La fluctuación del muestreo es una consideración importante en la conversión de señales de alta frecuencia o cuando la señal del reloj es especialmente propensa a interferencias.
En los conjuntos de antenas digitales, las fluctuaciones del ADC y del DAC son factores importantes que determinan la precisión de la estimación de la dirección de llegada [9] y la profundidad de la supresión de los bloqueadores. [10]
En el contexto de las redes informáticas, la fluctuación de paquetes o variación del retardo de paquetes (PDV) es la variación de la latencia medida en la variabilidad a lo largo del tiempo del retardo de extremo a extremo en una red. Una red con un retardo constante no tiene fluctuación de paquetes. [11] La fluctuación de paquetes se expresa como un promedio de la desviación del retardo medio de la red. [12] La PDV es un factor importante de calidad de servicio en la evaluación del rendimiento de la red.
La transmisión de una ráfaga de tráfico a una velocidad alta seguida de un intervalo o período de transmisión a una velocidad menor o nula también puede considerarse una forma de fluctuación, ya que representa una desviación de la velocidad de transmisión promedio. Sin embargo, a diferencia de la fluctuación causada por la variación en la latencia, la transmisión en ráfagas puede considerarse una característica deseable, [ cita requerida ] por ejemplo, en transmisiones con velocidad de bits variable .
La vibración de la imagen o del vídeo se produce cuando las líneas horizontales de los fotogramas de la imagen de vídeo se desplazan de forma aleatoria debido a la corrupción de las señales de sincronización o a la interferencia electromagnética durante la transmisión del vídeo. Se ha llevado a cabo un estudio de la eliminación de la vibración basado en modelos en el marco de la restauración de imágenes y vídeos digitales. [13]
La fluctuación de fase en las arquitecturas de bus serie se mide mediante patrones de ojo . Existen estándares para la medición de la fluctuación de fase en las arquitecturas de bus serie. Los estándares cubren la tolerancia a la fluctuación de fase, la función de transferencia de fluctuación de fase y la generación de fluctuación de fase, y los valores requeridos para estos atributos varían entre las diferentes aplicaciones. Cuando corresponda, los sistemas compatibles deben cumplir con estos estándares.
La prueba de fluctuación y su medición son cada vez más importantes para los ingenieros electrónicos debido al aumento de las frecuencias de reloj en los circuitos electrónicos digitales para lograr un mayor rendimiento del dispositivo. Las frecuencias de reloj más altas tienen aberturas de ojo proporcionalmente más pequeñas y, por lo tanto, imponen tolerancias más estrictas en la fluctuación. Por ejemplo, las placas base de las computadoras modernas tienen arquitecturas de bus en serie con aberturas de ojo de 160 picosegundos o menos. Esto es extremadamente pequeño en comparación con las arquitecturas de bus paralelo con un rendimiento equivalente, que pueden tener aberturas de ojo del orden de 1000 picosegundos .
La fluctuación se mide y evalúa de diversas maneras según el tipo de circuito bajo prueba. [14] En todos los casos, el objetivo de la medición de la fluctuación es verificar que esta no altere el funcionamiento normal del circuito.
La prueba del rendimiento del dispositivo para la tolerancia a la fluctuación puede implicar la inyección de fluctuación en los componentes electrónicos con equipos de prueba especializados.
Para medir la vibración de píxeles en capturadores de imágenes se emplea un enfoque menos directo (en el que se digitalizan las formas de onda analógicas y se analiza el flujo de datos resultante) . [15]
Los circuitos anti-jitter (AJC) son una clase de circuitos electrónicos diseñados para reducir el nivel de jitter en una señal de reloj. Los AJC funcionan resincronizando los pulsos de salida para que se alineen más estrechamente con un reloj idealizado. Se utilizan ampliamente en circuitos de recuperación de datos y reloj en comunicaciones digitales , así como para sistemas de muestreo de datos como el convertidor analógico a digital y el convertidor digital a analógico . Algunos ejemplos de circuitos anti-jitter incluyen el bucle de enganche de fase y el bucle de enganche de retardo .
Los buffers de jitter o buffers anti-jitter son buffers utilizados para contrarrestar el jitter introducido por la puesta en cola en redes de conmutación de paquetes para asegurar la reproducción continua de un flujo de medios de audio o video transmitido por la red. [16] El jitter máximo que puede ser contrarrestado por un buffer anti-jitter es igual al retardo de almacenamiento en búfer introducido antes de comenzar la reproducción del flujo de medios. En el contexto de redes de conmutación de paquetes, el término variación del retardo de paquete a menudo se prefiere al de jitter .
Algunos sistemas utilizan sofisticados buffers de desfase de retardo óptimos que son capaces de adaptar el retardo de almacenamiento en buffer a las características cambiantes de la red. La lógica de adaptación se basa en las estimaciones de desfase calculadas a partir de las características de llegada de los paquetes de medios. Los ajustes asociados con el desfase de retardo adaptativo implican la introducción de discontinuidades en la reproducción de medios que pueden ser perceptibles para el oyente o el espectador. El desfase de retardo adaptativo se lleva a cabo generalmente para reproducciones de audio que incluyen detección de actividad de voz que permite ajustar la duración de los períodos de silencio, minimizando así el impacto perceptual de la adaptación.
Un desjitterizador es un dispositivo que reduce el jitter en una señal digital . [17] Un desjitterizador generalmente consiste en un buffer elástico en el que la señal se almacena temporalmente y luego se retransmite a una velocidad basada en la velocidad promedio de la señal entrante. Un desjitterizador puede no ser eficaz para eliminar el jitter de baja frecuencia (vaivén).
Se puede diseñar un filtro para minimizar el efecto de la fluctuación del muestreo. [18]
Una señal de fluctuación se puede descomponer en funciones de modo intrínseco (FMI), que se pueden aplicar posteriormente para filtrar o eliminar fluctuaciones. [ cita requerida ]
Este artículo incorpora material de dominio público de "dejitterizer". Norma federal 1037C . Administración de servicios generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022.
