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1 직렬디지털비디오신호에대한지터계측의이해 A Tektronix Video Primer 1

2 차례 1.0 개요 기본개념과전문용어 인코딩방식, 단위간격, SDI 신호 디코딩프로세스, 클럭복구, 비트스크램블링 시간간격오류, 지터, 지터파형, 지터스펙트럼 디코딩오류, 표준화된지터진폭 원더, 타이밍지터, 동기지터 랜덤지터, 결정성지터 심벌간간섭, 균등화 이상신호, SDI 체크필드 디코딩결정임계값, 교류결합효과, 대칭신호 지터입력허용오차, 지터전달, 고유지터, 출력지터 아이다이어그램, 균등화된아이다이어그램 등가시간아이, 실시간아이 비트오류율, 욕조형곡선 비디오지터성능및계측에대한사양 표준문서 지터주파수대역통과에대한사양 신호전압레벨과전이시간에대한사양 연결케이블과다른시스템요소에대한사양 첨두치지터진폭에대한사양 계측시간에대한사양 데이터패턴에대한사양 지터사양요약 지터계측을구성하는기능 균등화 전이탐지 위상탐지 / 복조 계측필터 첨두치계측 지터노이즈플로어 지터계측방법비교 데이터오류율과지터계측 랜덤지터와 BER 지터계측과표준적합성 BER 과지터계측시간 지터묶음 텍트로닉스 WFM700M 을이용한지터계측 다른텍트로닉스비디오계측기를이용한지터계측 텍트로닉스실시간오실로스코프를사용한지터계측 비디오시스템모니터링, 유지보수 비디오기기검증및설치 비디오장비설계 결론 참고문헌 감사의말 부록 A: 비디오지터에서대역폭제한의영향 부록 B: 일반적인비디오지터의첨두치및 RMS 계측 부록 C: 클럭복구대역폭에대한한계

3 1.0 개요 본기술안내서에서는직렬디지털비디오신호의지터를계측하기위한다양한기술과어떻게각각의기술을사용하여서로다른계측결과로이어질수있는지설명한다. 여기서한걸음더나아가각종표준에따라추가사양과지침을정해보다일관된지터계측이이루어질수있도록해야할분야를파악해보도록한다. 본안내서에서는비디오전용으로사용되는계측기, 이를테면파형모니터및비디오계측세트와같은계측기에서흔히볼수있는비디오지터계측기술에초점을맞춘다. 샘플링및실시간오실로스코프와같은범용계측기를사용해서도직렬디지털비디오신호의지터를계측할수있다. 이들계측기는정교한신호처리를바탕으로보다광범위한지터분석기능을제공할수있다. 본안내서에서는특히비디오전용계측기에서계측한결과들을비교하는것과관련하여범용계측기를사용한비디오지터계측의몇가지매우기본적인측면을간략히다루도록하겠다. 샘플링또는실시간오실로스코프나다른범용계측기에서사용가능한다양한지터계측기능들에관해서는다루지않겠다. 본안내서대부분에서는지터계측방식을폭넓게설명하기로한다. 따라서특정계측기의특정구현방식에대해서는자세히설명하지않는다. 다만, 본안내서에논의된몇가지주요개념을설명하기위해텍트로닉스비디오전용계측기에서의지터계측에관한몇가지측면을설명하도록하겠다. 직렬디지털신호의타이밍편차와이런타이밍편차를계측하는방법은복잡한기술적주제이다. 본안내서에서는지터계측기술에관해서는기술개요를제시하고여러가지주요개념에대한기술적설명을포함하여지터계측방법이각각어떻게다르고그이유는무엇인지설명한다. 지터계측에대해일부자세히살펴보는부분도있겠지만지터계측의모든측면을종합적으로다루지는않을뿐더러기술적으로심도깊은부분에대해서도다루지않는다. 그보다는, 본안내서에서는직렬디지털비디오신호에서지터를계측할때의차이점에대해그일반적이유를설명하는데중점을두겠다. 특히, 본안내서에서는비디오신호에서지터주파수와관련된차이와비디오시스템에서지터를특성화하는데사용되는첨두치진폭계측의지속시간과관련된차이를검토한다. 하지만랜덤지터성분과결정성지터성분을분리하는기술과같이지터계측의다른논의사항에서종종언급되는몇가지주제는다루지않을것이다. 본안내서에서는독자가직렬디지털송신이론과실제, 신호획득시스템의설계와구현, 신호송신특성화에사용되는수학적기법그리고랜덤프로세스의특성에대해기본적인내용을이해하고있는것을전제로논의토록하겠다. 본안내서에는다음과같은주요항목이포함된다. 기본개념과전문용어 : 지터계측을설명할때사용할핵심적인개념과전문용어를살펴본다. 비디오지터성능및계측에관한사양 : 관련표준과사양을살펴본다. 지터계측에사용되는기능 : 첨두치지터진폭을계측하는단계와이들단계를구현하는다양한방법그리고이런차이점이계측결과에미치는영향을검토한다. 데이터오류율과지터계측 : 비디오시스템의데이터오류율과비디오시스템에사용되는비디오장비의지터성능을계측할때의요구사항사이의관계를살펴본다. 텍트로닉스계측기를이용한지터계측 : 텍트로닉스계측기에사용되는지터계측방식의구현에대해기술하고계측결과의차이를설명한다. SDI 신호의지터를계측할때의권장사항 : 지터계측방식과도구를효과적으로사용할수있는좋은방법을설명한다. 3

4 2.0 기본개념과전문용어 이단원에서는지터계측을설명하는데필요한몇가지기본적인개념과전문용어를살펴본다. 여기서여러가지개념을간략히살펴보도록하겠다. 단, 각개념에대해깊은내용은다루지않는다. 이단원에서검토하는개념중상당수는디지털통신에서경험하게되는여러가지개념들과흡사하므로친숙한것들이많을것이다. 따라서이부분을건너뛰거나빠르게훑어보면서다소생소한전문용어나개념만살펴보고넘어가도무방하겠다. 2.1 인코딩방식, 단위간격, SDI 신호 다양한고화질비디오형식에대한 SMPTE 292M 사양에적합한 1.485Gb/s 신호 (HD-SDI 신호 ) 그림 1. SDI 신호에대한단위간격과인코딩방식 임의의상당한거리를거쳐디지털비디오화상을배포하려면디지털컨텐트를직렬디지털비디오신호로변환해야한다. 이런신호를생성하려면원본디지털컨텐트를일련의개별비트로변환하고전압이나파형으로이들비트를나타내는과정이필요하다. 클럭신호는순서대로비트를인코드하는데사용되는시간간격을결정하고인코딩방식은 '0' 또는 '1' 이라는비트값을나타내는신호특성을결정한다 ( 예 : Manchester 인코딩또는 NRZ 인코딩 ). 이런직렬데이터신호에서 1비트에해당하는시간간격을단위간격 (UI) 이라고한다. SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers) 는디지털비디오장비에대한 SDI(serial digital interface, 직렬디지털인터페이스 ) 를정의하는각종표준을승인해왔다. SMPTE 259M은표준화질 (SD) 디지털비디오형식에대한인터페이스를정의하고 SMPTE 292M에서는고화질 (HD) 비디오형식을다룬다. 이안내서에서직렬디지털비디오신호라고하면 SDI 신호로서이런표준에따르는신호를지칭한다. SMPTE 표준에는이런 SDI 신호를생성하는데사용되는클럭주파수가신호비트율과같을것이라고지정되어있다. 결과적으로 SDI 신호는한클럭사이클에서한개의비트를인코드한다. 즉단위간격이클럭주기와같다. 따라서 270Mb/s SD-SDI 신호의단위간격은 270MHz 클럭의 1주기또는 3.7ns와같다. 마찬가지로, 1.485Gb/s HD-SDI 신호의단위간격은 673ps 또는 1.485GHz 클럭의 1주기와같다. 1 SMPTE 표준에는 SDI 신호가 NRZI(Nonreturn to Zero Inverted) 방식을사용하여직렬화된데이터비트값을인코드해야한다는점도지정한다. 이방식에서는 '0' 비트값이신호레벨에아무런변화가없는것으로인코드되고 '1' 비트값은현재신호레벨에변화가있는것으로인코드된다. 현재신호레벨이높은경우에는 '1' 비트값이낮은신호레벨로전이하는원인이된다. 반대로현재신호레벨이낮은경우에는 '1' 비트값이높은신호레벨로전이하는원인이된다 ( 그림 1). SMPTE 표준에는여러가지다양한비디오형식에대한직렬디지털인터페이스가정의되어있다. 이기술안내서에나오는지터계측에대한정보는이들사양에적합한 SDI 신호에적용되는정보이다. 본안내서에서는아래에나오는매우일반적인두가지유형의 SDI 신호를다루겠다. ITU-R BT.601-5에정의된바와같이 4x3 또는 16x9 중한가지화면비율을가진표준화질의 4:2:2 컴포넌트비디오에대한 SMPTE 259M 사양에적합한 270Mb/s 신호 (SD-SDI 신호 ) 1 1 SMPTE 292M 에서도데이터전송률이 1.485GHz/1.001 인 HD 형식이정의되어있다. 이 SDI 신호의단위간격은 674ps 이다. 4

5 2.2 디코딩프로세스, 클럭복구, 비트스크램블링 SDI 신호에서디지털컨텐트를추출하기위해비디오장비는데이터비트가포함된시간간격의중간시점에서 SDI 신호를샘플링하고 ( 그림 1 참조 ) 이렇게샘플링된레벨을해당비트값으로변환한다. 샘플링프로세스에서는인코딩클럭과같은주파수를가진클럭을사용하고단위간격의중간시점에서샘플링이될수있도록시간에맞춰정렬된다. 일반적으로비디오장비에는직렬데이터신호를생성하는데사용되는클럭에직접액세스하는기능이없다. 그대신, 비디오장비는 PLL( 위상동기루프 ) 을사용하여수신된신호로부터알맞은샘플링클럭을추출하는클럭복구프로세스를구현한다. 정확한클럭복구를위해서는 SDI 신호의에지, 즉신호레벨간전이가적당한속도로반드시일어나야한다. 일정한신호레벨의긴주기로인해샘플링클럭이동기화상태에서벗어날수있다. NRZI 인코딩때문에직렬화된데이터시퀀스에서길게배열된 '1' 비트값들이해당시퀀스의각비트에에지를가지게된다. 하지만직렬화된디지털비디오컨텐트에는 '0' 비트값으로이루어진확장된시퀀스가쉽게포함될수있다. 따라서일정한신호레벨에서주기가긴 SDI 신호를생성할수있다. 이를피하기위해 SMPTE 표준에서는 SDI 신호원이데이터를랜덤화한후에스크램블링이라알려진프로세스를이용하여 NRZI 인코딩을적용하도록지정되어있다. SDI 신호원의스크램블링프로세스는직렬화된데이터비트를의사랜덤비트시퀀스로변환한다. SDI 수신기는이스크램블링프로세스를역으로구현하여의사랜덤비트시퀀스로부터원래의데이터비트시퀀스를추출해낸다. 대부분의경우이스크램블링프로세스를이용하면 '0' 비트로이루어진긴시퀀스가가끔발생할수는있지만상당히많은수의비트전이를수행할수있다 시간간격오류, 지터, 지터파형, 지터스펙트럼 SDI 신호에서전이간시간간격이단위간격의정수배가되는것이이상적이다. 하지만실제시스템에서는 SDI 신호에서의전이가얼마지나지않아이상적인위치와는차이를보이게된다. 이런편차를 TIE(time interval error, 시간간격오류 ) 라고하며이를보통지터라부른다. 이런타이밍편차는다양한주파수, 진폭및위상관련효과에의해생길수있다. 이안내서에서는지터를기본적으로어떤신호전이에있어서의위상편차, 즉직렬데이터신호의위상변조로보도록하겠다. 그림 2. 정현파에지편차가있는 SDI 신호 ( 이상적인위치를어두운선으로표시함 ) 간단한예로, SDI 신호의에지가기준클럭에대한이상적인위치주위에서정현파편차를보인다고가정하자. 기준클럭에서트리거된오실로스코프에서이 SDI 신호를본경우실제에지는그림 2에나타낸바와같이이상적인위치주위에흐린얼룩으로나타난다. 이간단한정현파지터는편차주파수와첨두치진폭이라는두가지파라미터로완전히정의할수있다. 실제 SDI 신호에는이예에서보여준단순한정현파특성이거의나타나지않을것이다. 실제시스템에서는매우다양한요인이신호전이타이밍에영향을미친다. 이런서로다른소스가다양한주파수및진폭에편차를일으킨다. 임의의특정에지가이상적인위치를앞서거나뒤서는피크양이달라지고큰첨두치편차가있는에지간에시간간격이길어진다. 지터파형은시간함수로나타낸신호전이의편차량이고지터스펙트럼은시간영역지터파형을주파수영역에나타낸것이다. 실제신호에서지터파형은일반적으로다양한소스가어우러진복합적효과에의해만들어진복잡한형태를띠고지터스펙트럼에는주파수와진폭이제각기다른다양한스펙트럼성분이포함된다. 5

6 초단위로표현하는경우디코딩오류를발생시키는데필요한타이밍편차량은클럭주기, 즉단위간격의크기에따라다르다 Gb/s HD-SDI 신호의경우 340ps 의편차는단위간격인 673ps의 1/2 이상이지만 270Mb/s SD-SDI 신호의경우에는같은편차라도이신호의단위간격인 3.7ns의 1/10 미만이다. 특정신호데이터전송률을언급하지않고이런타이밍편차를설명하기위해일반적으로단위간격을사용하여진폭을표현한다. 이표준화된단위에서는클럭주기 n+1 에대해그림 3에나타낸편차가 0.5UI보다약간높은진폭값을가진다. 0.5UI의진폭값은 SD-SDI 신호에서는 1.85ns와같고, HD-SDI 신호에서는 337ps와같다 원더, 타이밍지터, 동기지터 그림 3. 에지위치에서의큰진폭편차에의한디코딩오류 2.4. 디코딩오류, 표준화된지터진폭디코딩프로세스에서 SDI 수신기는기준클럭을사용하여입력 SDI 신호를샘플링할시기를결정한다. 입력 SDI 신호에서의전이가적절한클럭에지에서발생하고샘플링은단위간격의중간시점에서발생하는것이이상적이다. 그림 1에나타낸이상적인상황에서는신호전이가클럭의하강에지에맞춰지고샘플링은클럭의상승에지에서발생한다. 하지만실제 SDI 신호에는에지에얼마간의지터가있다. 진폭이충분히큰지터가샘플링오류의원인이된다. 그림 3은이런상황을나타낸것이다. 이그림에는 n과 n+1의두클럭주기중 2개의 '1' 비트값을인코드하는 SDI 신호가나타나있다. 실제상황에서는샘플링프로세스가클럭주기 n에서는높은신호값을, 클럭주기 n+1에서는낮은신호값을캡처한다. 실제신호에서는전이가기준클럭에대한이상적위치로부터상당한차이로벌어진다. 클럭주기 n 중에실제에지는기준클럭주기의 1/2 미만으로변한다. 기준클럭에의해결정되는샘플링시간에서샘플링프로세스는이상적상태에있을것이므로높은신호값을캡처한다. 하지만클럭주기 n+1 중에실제전이는기준클럭에대한이상적위치로부터클럭주기의 1/2 이상으로발생한다. 실제에지는기준클럭에의해결정되는샘플링시간이후에발생하므로샘플링프로세스는이상적상태에서샘플링한낮은신호값대신높은신호값을캡처한다. 앞서설명한예들에서는지터가없는이상적인기준클럭, 즉딱맞는시간에이상적인위치에서모든에지가발생하는클럭신호에관해신호전이의위치에발생하는편차에대해설명했다. 디코딩에사용되는실제기준클럭에는지터가있다. 2.2절에서언급한바와같이디코딩프로세스에서는일반적으로수신된 SDI 신호로부터추출되는복구된클럭을사용한다. 클럭복구프로세스는복구된클럭을입력신호로 " 잠그고 " 클럭은복구프로세스의대역폭이내에있는입력신호의타이밍편차를따른다. 따라서 SDI 신호의타이밍편차는복구된클럭의전이에편차를유발한다. 복구된클럭의전이는디코더가 SDI 신호를샘플링하는시기를결정하므로복구된클럭을사용하면저주파편차와관련된디코딩오류수가실제로줄어든다. 샘플링시간은단위간격내의정확한위치에서이들편차와샘플을 " 추적 " 한다. 복구된클럭은편차주파수가클럭추출프로세스대역폭이상인경우에는신호전이의편차를추적하지않는다. 이런높은주파수에서는신호전이위치가복구된클럭의에지에대해변할수있고이런편차가디코딩오류를발생시킬수있다. 2.3절에서설명한바와같이, 실제 SDI 신호의지터스펙트럼에는일반적으로다양한스펙트럼성분이있다. 복구된클럭은일반적으로클럭복구대역폭이하의성분을추적하지만이대역폭이상의스펙트럼성분은추적하지않는다. 따라서디코딩에미치는지터의영향은지터의진폭과지터의주파수성분모두에좌우된다. 이점으로인해주파수를기반으로지터를분류할수있게되었다. 6

7 관습적으로 " 지터 " 라는용어는단기적인시간간격오류, 즉어떤저주파임계값이상의스펙트럼성분을가리키는말이다. SDI 신호의경우 SMPTE 표준에서는이한계값을 10Hz로정하고있으며이주파수이상의스펙트럼성분을타이밍지터라한다. 원더 (wander) 라는용어는장기적인시간간격오류를지칭한다. SDI 신호의경우 10Hz 미만의지터스펙트럼성분을원더로분류한다. 비디오장비는일반적으로이런장기적편차를추적할수있으므로이상적위치에대한실제에지위치의측면에서원더를특성화해서는의미있는정보를얻지못한다. 그대신원더는주파수오프셋과주파수드리프트레이트로환산하여계측된다. 이파라미터들은 UI 대신 ppm 및 ppm/s 또는 ppb 및 ppb/s 의표준화된단위로환산된예상클럭속도와의편차를특성화한다. 동기지터란클럭복구프로세스의전형적인대역폭과관련하여지정된주파수임계값이상의지터스펙트럼성분을가리킨다. 즉동기지터는클럭복구프로세스에서추적할수있는스펙트럼성분을제외하는타이밍지터에포함되는부분집합이다. 지정된주파수임계값은 SD- SDI 및 HD-SDI 신호에대해서로다르며관련 SMPTE 표준 (3.2절참조 ) 에정의되어있다. SD-SDI 신호의경우동기지터는 1kHz 이상의스펙트럼성분을가리킨다. HD-SDI 신호의경우 100kHz 이상의스펙트럼성분이동기지터로분류된다. 일부장비가어떤저주파동기지터를추적할수는있겠지만일반적으로비디오장비는동기지터를추적하지않는다. 따라서진폭이높은동기지터는일반적으로디코딩오류를유발한다. 비디오장비는원더와저주파타이밍지터를추적할수있으므로이런스펙트럼성분들이신호디코딩에는별로영향을주지못하는경우가많다. 저주파변동이신호디코딩에는영향을덜주지만다른영역에는상당히큰영향을미칠수있다. 예를들어디지털-아날로그변환단계와같은다른프로세스에서는이런복구된클럭이나이클럭의약수를사용한다. 이클럭은입력 SDI 신호의저주파지터를추적하므로클럭에지가이상적인위치와는차이를보인다. 클럭신호의이런지터는예컨대디지털-아날로그변환에있어서의비선형성과같은오류를유발할수있다. 클럭복구도지터와원더가비디오시스템에누적되는방식에영향을미친다. 리클러킹비디오장비는복구된클럭을사용하여 SDI 신호를재생한다. 복구된클럭은동기지터를잘추적하지않으므로리클러킹으로동기지터를상당히줄일수있다. 하지만복구된클럭은이런변동을추적하므로원더나저주파타이밍지터는크게줄이지못 한다. 따라서저주파변동이비디오시스템을통해누적될수있다. 그래서마침내는클럭복구프로세스의추적기능이감당할수없을정도로진폭이커질수있다. 바로이시점에디코딩오류가나타나고클럭복구하드웨어가입력신호에대해잠긴상태를유지하지못하게된다. 이안내서에서는타이밍지터와동기지터를계측하기위한기술을검토한다. 원더및원더계측기술은다루지않기로한다. 하지만계측결과에는 10Hz 미만의스펙트럼성분으로인한것이반드시배제되어야하므로원더가지터계측에영향을미친다. 원더제거의차이로인해계측결과가달라질수있으며이런효과에대해서는나중에살펴보기로한다 랜덤지터, 결정성지터비디오시스템에서지터가미치는영향을완벽히이해하려면지터의진폭및스펙트럼관련정보외에도그통계적특성을고려할필요가있다. 이런특성을특성화하여모델링하는데흔히사용되는접근방식에서는두가지기본적인지터유형을구분한다. 랜덤지터는본질적으로식별가능한패턴을가지지않는다. 랜덤지터를특성화하는가장좋은방법은확률분포와평균및편차와같은통계적특성을이용하는것이다. 결정성지터는보다쉽게예측가능하며 ( 결정가능 ) 종종결정가능한첨두치크기와함께몇가지정의가능한주기적패턴또는반복가능한패턴으로특성화된다. 랜덤지터예컨대열잡음이나산탄잡음과같은랜덤프로세스는 SDI 신호에랜덤지터를끌어들인다. 일반적으로가우시안확률분포를이용하여이런지터동작을모델링하고지터진폭의척도로이런분포의표준편차 (RMS 값과같음 ) 를사용할수있다. 하지만첨두치지터진폭과 RMS 지터진폭은같지않다. 특히첨두치진폭값은관찰시간에따라다르다. 랜덤지터를모델링하는데사용되는가우시안분포에서는에지위치에서작은진폭변동이발생할가능성이가장크지만매우큰진폭변동도가끔발생할수있다. 짧은관찰시간동안이루어진진폭기록에큰진폭값이포함될수도있겠지만그렇지않을가능성이크다. 반대로, 오랜관찰시간동안이루어진진폭기록에큰진폭값이포함되지않을수도있겠지만최소한하나정도는있을가능성이크다. 따라서평균적으로긴관찰시간동안이루어진첨두치진폭계측결과에는짧은관찰시간동안이루어진첨두치진폭계측결과보다더큰값이있으리라예상해볼수있을것이다. 7

8 가우시안분포의 " 꼬리 " 는임의의큰진폭에이를수있다. 따라서충분히긴시간간격에걸쳐관찰함으로써이론적으로는임의의큰첨두치지터진폭을계측할수있어야할것이다. 랜덤지터는 " 무한정한 " 첨두치진폭을가진다는표현으로서이런특성을설명한다. 기술적으로는이런설명이랜덤지터에대한수학적모델에만적용된다. 하지만모든실용적목적을위해가우시안분포는실제시스템에서랜덤지터를적절히모델링한다. 따라서임의의관심영역에대해실제 SDI 신호의랜덤지터는무한정한첨두치진폭을가지고있다고할수있다. 결정성지터 다양한소스로부터 SDI 신호에결정성지터가유입될수있다. 예를들면다음과같다. 전원장치를켜거나끌때발생하는노이즈는주기적인결정성지터를일으킬수있다. 케이블이나장치의주파수응답은 SDI 신호의비트시퀀스와상관된데이터종속성지터를일으킬수있다 (2.7절참조 ). 전이의상승및하강시간차이는듀티사이클종속성지터를일으킬수있다 (4.2절참조 ). 이런결정성지터의일반적소스외에도 SDI 신호에는비디오특성과상관된결정성지터가포함될수있다. 예를들면다음과같다. 비디오데이터의라인및필드구조는래스터종속성지터라는주기적결정성지터를일으킬수있다. 디지털비디오에사용되는 10비트워드와직렬비트시퀀스간의변환으로인해일반적으로워드상관지터라고하는클럭속도의 1/10에서발생하는고주파데이터종속성지터가발생할수있다. 결정성지터는결정가능한시간간격내에서최대첨두치진폭을달성한다. 이시간간격이상으로관찰시간을늘리더라도첨두치지터진폭계측결과는증가하지않는다. 랜덤지터와는달리, 반복가능한결정성지터는첨두치지터진폭에결정가능한상한이있다. 그림 m 길이의케이블에대한주파수응답과보상이퀄라이저의일반적응답 심벌간간섭, 균등화실제직렬디지털신호에서한전압레벨에서다른전압레벨로의전이는즉시일어나지않는다. 실제직렬디지털신호의상승및하강시간은유한하다. 또한장치와통신채널의주파수종속적응답은이런전이에서일시적인확산의원인이된다. 심벌간간섭 (ISI) 은초기비트에서의전이확산이이후비트의전이에영향을미칠때발생한다. 이런효과로인해전이가그이상적인형태와위치와차이가나게된다. 다시말해 ISI가신호에지터를유발하게된다. 특히, ISI는크기가장치와채널의주파수응답과신호의데이터패턴에달려있는예측가능하고반복가능한지터를만들어낸다. 따라서 ISI는데이터종속적인결정성지터를만들어낸다. 특히, 1dB 이상의케이블감쇠는상당한심벌간간섭을일으킬수있다. 이 ISI로인한데이터오류를피하기위해일반적으로수신기에는케이블의 1/Ã 주파수응답을보상하는케이블이퀄라이저가있다. 그림 4는케이블및이퀄라이저의일반적인주파수응답을나타낸것이다. 결정성지터에가끔장기적으로결정가능한동작이있을지라도이지터는첨두치진폭을제한해온예측가능한패턴으로적절히모델링될수있다. 따라서모든실용적인목적을위해결정성지터는첨두치진폭을제한해왔고랜덤지터는첨두치지터진폭을제한하지않았다. 8

9 이상 SDI 신호의스트레스패턴이시작된후에는작동중인비디오라인의끝에서만발생한다. SDI 신호형식은작동중인비디오컨텐트 ( 예 : SAV(start-of-active-video) 및 EAV(end-of-active-video) 동기화워드 ) 라인사이에정보를삽입한다. 이렇게추가된정보는이러한긴일정전압간격을만드는특수한시프트레지스터상태와비트시퀀스를분해한다. 작동중인다음라인에같은특수비트시퀀스가있더라도시프트레지스터에는일반적으로적절한초기상태가없고 SDI 신호에는스트레스패턴이없게된다. 그림 5. 스트레스테스트클럭복구및케이블균등화를위한 SDI 신호 이상신호, SDI 체크필드 2.2절에서설명한것과같이클럭을복구하려면자주신호를전이해야한다. 즉신호의전이밀도가충분해야한다. 또한케이블의 1/Ã 주파수응답을보상하는주파수종속적인이득을결정하고유지하기위해케이블균등화알고리즘에는신호에수많은에지가필요하다. 일정한신호레벨의간격이길다는것이이런프로세스에스트레스를가하여디코딩오류나동기화문제로이어질수있다. 더나아가, 교류결합은입력신호가상당한비율의시간동안같은전압레벨로유지되는경우디코딩의노이즈마진을줄일수있다 (2.9절참조 ). 대부분의경우스크램블링및 NZRI 인코딩을통해 SDI 신호에많은전이를수행할수있다. 일반적인 SDI 신호에는클럭복구, 균등화또는디코딩프로세스에스트레스를주는일정전압의긴간격이없다. 여러비디오라인에서특수비트시퀀스를반복하면스트레스패턴이다시나타나게된다. 결국, 스크램블러의시프트레지스터는비트시퀀스의적당한위치에서알맞은초기상태로들어가게된다. 이런일이발생할때스트레스패턴이다시나타나고작동중인비디오라인의끝까지계속된다. 스트레스패턴을시작하는데필요한조건은가끔발생한다. 따라서이상 SDI 신호는전형적인 SDI 신호처럼보이는많은비디오라인중에서통계적으로산재된스트레스패턴이포함된비디오라인이가끔발생하는형태로나타난다. 일부비디오테스트신호제너레이터는이런신호를전체필드형식이나클럭복구와이퀄라이저스트레스패턴을합친분할필드형식중하나로이런신호를만들수있다. SDI 입력이있는비디오장비에서복구와균등화를테스트하기위해 SMPTE는 SDI 체크필드라고하는특정분할필드형식을정의하는권장실행방법 2가지 (RP 178과 RP 198) 를개발했다. 하지만디지털비디오컨텐트의특정한워드패턴은긴일정전압의간격을가진 SDI 신호를만들어낼수있다. 스크램블링프로세스에사용되는시프트레지스터에특정상태가있고스크램블러가여러개의특별한입력비트시퀀스중하나를받는경우 NRZI 인코딩후의결과 SDI 신호에는그림 5에표시된것과같은패턴중하나가있다. 참고문헌에나열된 Takeo Eguchi의논문에자세한내용이소개되어있다. 이런패턴을가진 SDI 신호를이상 (pathological) SDI 신호라부른다. 비디오반도체및장비설계자는이런신호를이용하여클럭복구와균등화프로세스에대한 " 스트레스테스트 " 를실시하여올바른클래핑작동또는교류결합효과를보상하는 DC 복원회로를검증할수있다. 그림과같이, 균등화테스트에필요한패턴은클럭복구 PLL에대한스트레스테스트를실시하는데필요한패턴과다르다. 9

10 그림 6a는같은전압레벨에서오랜지속시간을포함하지않는입력 SDI 신호로부터파생된교류결합신호부분을보여준다. 이경우교류결합신호의높은신호레벨은 +0.5 Vpp이고낮은신호레벨은 -0.5 Vpp이다. 여기서 Vpp는입력 SDI 신호의첨두치진폭이다. 고정된결정입계값은두레벨사이의최적의위치인중간쯤에있다. 그림 6. 고정된결정레벨에대해교류결합신호의이동 2.9. 디코딩결정임계값, 교류결합효과, 대칭신호샘플링된신호전압이 " 높음 " 또는 " 낮음 " 신호레벨중어떤것에해당하는지결정하기위해디코더는결정임계값또는결정수준이라는특정전압레벨에샘플링된전압을비교한다. 최적으로선택된결정임계값은어느한쪽신호레벨의노이즈에의해발생하는오류를똑같이방지하게된다. 각신호레벨에같은양의노이즈가있는경우최적의결정임계값은 2개의신호전압레벨의평균과같다. SDI 수신기는일반적으로디코딩프로세스에서고정된결정임계값을사용한다. 최적의성능을위해신호레벨은반드시이고정전압레벨에대해동일한상대적관계를유지해야한다. 결정임계값에상대적으로신호가이동하면신호레벨중하나에대한노이즈마진이감소하여디코딩오류가발생할수있다. SDI 수신기에는일반적으로입력 SDI 신호의 DC 오프셋을제거하는교류결합입력이있고교류결합신호에서일정한평균전압을유지한다. 많은구현에있어, 수신기의회로를바이어싱하면교류결합신호의평균신호레벨을 0이아닌값으로설정할수있겠지만이평균신호레벨은제로볼트이다. 일반적으로고정된결정임계값은교류결합신호의평균전압과같다. 하지만최적의결정임계값은한신호레벨에다른신호레벨보다많은노이즈가있을수있는경우에는평균신호전압과다를수있다. 그림 6b는장시간동안낮은신호레벨에머무는입력 SDI 신호로부터파생된교류결합신호부분을보여준다 ( 예 : 2.8 절에서설명한이퀄라이저스트레스패턴중하나 ). 이예에서는신호가해당시간의 95% 에서낮은신호레벨에머문다. 제로볼트의평균신호레벨을유지하려면교류결합신호의낮은신호레벨은 Vpp, 높은신호레벨은 Vpp 여야한다. 낮은신호레벨은디코딩을위한고정결정임계값에매우가까우므로이신호에대한노이즈마진을제거하고디코딩오류로이어지게된다. 사실, 교류결합이심벌간간섭을일으키는원인이었다. 앞의비트값 ( 스크램블링후 '0' 비트값으로이루어진긴문자열 ) 이뒤의비트를디코딩하는데영향을미쳤다. 이동량은결합시간상수에따라다르다. 예를들어결합상수가 10µsec인경우이퀄라이저스트레스패턴은 HD 비디오라인의절반에걸쳐고정된결정수준으로거의 78% 더가까이이동하게된다. 결합시간상수가 75µsec 인경우스트레스패턴은전체 HD 비디오라인에서 33% 미만으로이동하게된다. 이런교류결합효과를보상하기위해 SDI 수신기는일반적으로교류결합신호를고정시키거나 DC 복원하여신호레벨과고정된결정임계값사이의관계를유지한다. 스크램블링과 NRZI 인코딩으로인해 SDI 신호는대칭이다. 즉 SDI 신호는각신호레벨에서거의같은양의시간을쓴다. 보다구체적으로말하자면, 일반적인 SDI 신호의경우많은단위간격에걸쳐신호레벨의평균을내면대칭이된다는얘기다. 단기적인 SDI 신호에는여러주기의일정한신호레벨이있을수있으며극단적인경우로서이상 SDI 신호가있을수있다. 교류결합이디코딩오류로이어질수있는입력 SDI 신호의 DC 오프셋을걸러내긴하지만고정된결정임계값에상대적으로교류결합신호의신호레벨이이동할수도있다. 그림 6은제로볼트에서교류결합신호에서평균신호레벨을유지하는교류결합의구현에있어이런상황을나타낸것이다. 이예에서는디코딩프로세스도제로볼트를고정된결정임계값으로사용한다. 10

11 전이가잦은 SDI 신호에서도교류결합은고정된결정수준에대해신호이동을유발할수있다. 신호전이의상승및하강시간이상당히다른경우신호는신호레벨중하나에서더많은시간을쓰게된다. 예를들어신호의상승시간이빠르고하강시간은느린경우에는높은신호상태에서더많은시간을쓰게된다. 그런다음교류결합은높은신호레벨을고정된결정임계값으로더가까이이동하여노이즈마진을줄이게된다. 일반적으로 SDI 신호의상승및하강시간은대칭적이지만비대칭적인라인드라이버와광학신호원 ( 레이저 ) 이비대칭적인전이를일으킬수있다. 이런신호원의비대칭성은중요하긴하지만신호상승및하강시간에특별히큰영향을미치지는않는다. 특히, 케이블감쇠가일반적으로신호전이시간에훨씬더큰영향을미친다. 예를들어분배증폭기와같은일부비디오장비는입력부에인가되는 SDI 신호에서 SDI 출력을만들어낸다. 일반적으로입력 SDI 신호의지터가해당출력에서지터로직접변환되지는않는다. 특히, 클럭복구기능을이용해고주파지터를걸러내거나입력신호의일부지터를증폭할수있다. 지터전달은입력 SDI 신호의지터로부터발생하는 SDI 출력상의지터이고지터전달함수는주파수함수로나타낸인가된입력지터에대한출력지터의비다. 수신기와같이, 소스및재생장비에도내부지터가있다. 이내부지터는연관된 SDI 입력에지터가없더라도 SDI 출력신호에나타난다. 고유지터는입력지터가없는경우 SDI 출력에나타나는지터량이다. 출력지터는고유지터와임의의연관된 SDI 입력에있는지터로부터발생하는 SDI 출력의총지터량이다. 적당한보상이나다른조정이없는경우 SDI 신호의비대칭성으로인해디코딩에사용되는결정임계값에관한노이즈마진이줄어들어디코딩오류로이어질수있다. 4.2 절에서다루겠지만이와동일한비대칭조건은지터계측에도영향을미칠수있다 지터입력허용오차, 지터전달, 고유지터, 출력지터 SDI 신호수신기는앞에서설명한프로세스의구현방식이다를수있다. 특정수신기의클럭복구프로세스는다른것뿐만아니라지터도추적하지않거나단위간격의중간지점근처의 SDI 신호를샘플링하지않을수도있다. 수신기가균등화, 클럭복구및디코딩프로세스를구현하기위해사용하는설계와하드웨어는신호로상당량의추가지터를유발할수도있다. 따라서다른수신기가오류없이디코드할수있는 SDI 신호를디코드할때특정수신기에여러가지데이터오류가발생할수있다. 이런수신기의지터입력허용오차가더낮다. 수신기의지터입력허용오차는 SDI 신호의지터주파수에따라다르다. 2.5절에서설명한바와같이, 클럭복구는저주파지터를추적할수있으므로수신기의저주파지터에대한허용오차는일반적으로더높다. 지터입력허용오차는클럭복구대역폭이상의지터주파수에대해상당히떨어진다. 11

12 그림 7. 지터진폭이매우작은신호의아이다이어그램 그림 8. 지터진폭이커서거의감겨진아이 아이다이어그램, 균등화된아이다이어그램엔지니어들은흔히아이다이어그램을사용하여직렬데이터신호를분석하고문제를진단한다. 계측기는직렬데이터신호의짧은세그먼트들을중첩하는방식으로아이다이어그램을생성한다. 이런전이의유한한상승및하강시간동안아이다이어그램에는특징적인 'X' 자패턴이만들어진다 ( 그림 7 참조 ). 전이가발생하지않는눈 ( 아이 ) 모양의영역에착안하여아이다이어그램이라는이름이붙었다. 아이다이어그램에서상승및하강에지전이가교차하는지점을크로스오버포인트라부르기로한다. 아이다이어그램에서크로스오버포인트사이의시간간격은단위간격과같다. 이상적인경우디코딩프로세스에서는크로스오버포인트간중점에서신호가샘플링되고결정임계값은아이오프닝의가장넓은부분에해당된다 ( 그림 7). 계측기는기준클럭신호를사용하여세그먼트를정렬함으로써아이다이어그램을만든다. 일반적으로이기준클럭은데이터신호로부터추출되지만별도의기준클럭신호일수도있다. 기준클럭은예컨대오실로스코프에서트리거입력을통해외부적으로공급되거나계측기내부에서추출될수있다. 입력신호의전이가이기준클럭의에지와정렬하는경우아이다이어그램에서서로그위에중첩되게된다. 이기준클럭에의해결정되는공치위치와차이가나는임의의전이는다른위치에나타나게된다. 계측기가복구된클럭을사용하여아이다이어그램을형성하는경우기준클럭은이클럭복구프로세스의루프대역폭아래의지터를추적하게된다. 따라서아이다이어그램에는아이클럭복구대역폭이라고하는이대역폭임계값이상의주파수를가진지터성분만표시된다. 지터량이적은신호의경우정렬된세그먼트의에지는거의같은위치에서발생한다. 에지위치의변동이적으면공칭에지위치주변에 " 흐린부분 " 이약간만생긴다 ( 그림 7 참조 ). 크로스오버포인트사이에있는공간의대부분은전이가발생하지않는부분이다. 이런경우에는아이가 " 열려있다 " 고말한다. 지터의진폭이증가하면크로스오버포인트사이의열린공간으로더많은전이가이동하게된다. 즉아이가 " 감기기 " 시작한다 ( 그림 8). 엔지니어는아이다이어그램을사용하여신호의지터를빠르게정성적으로표현하고디코딩오류의가능성을나타낼수있다. 대체적으로크고넓게열린아이를만들어내는신호가작거나감긴아이를형성하는신호보다디코딩오류를덜만들어낸다. 하지만이런정성적평가를하는데있어엔지니어가고려해야할주요요소중하나는아이클럭복구대역폭과수신기의클럭복구프로세스의대역폭간차이다. 수신기의클럭복구대역폭이아이클럭복구대역폭과같은경우아이오프닝의크기는디코딩오류의가능성과합당한수준으로상관관계를가진다. 입력신호가크고 " 넓게열린 " 아이를형성하는경우에는디코딩프로세스에서신호를샘플링한후다음비트로전이할가능성이높다. 수신기의클럭복구대역폭이아이클럭복구대역폭미만인경우그신호에는디코딩프로세스에영향을주지만아이다이어그램에는나타나지않는아이클럭복구대역폭미만의지터주파수가포함될수있다. 디코딩프로세스는아이다이어그램에큰아이오프닝이있더라도오류를생성할수있다. 12

13 그림 m 케이블에서의감쇠로인해거의감긴아이를보여주는 SD-SDI 신호의아이다이어그램이에반해수신기의클럭복구대역폭이아이클럭복구대역폭보다큰경우에는아이다이어그램에디코딩프로세스에영향을주지않는지터가표시될수있다. 아이다이어그램에작은아이오프닝이있거나완전히감긴경우에도수신기는오류없이신호를디코드할수있다. 아이다이어그램을이용한신호지터의정성적평가에다른요인도영향을미친다. 수신기에상당한양의내부지터가발생하거나단위간격의중간근처에서일관되게샘플링하지않으면아이오프닝의크기에적당한수준보다더많은디코딩오류가발생한다. 따라서아이다이어그램을이용하여데이터오류가능성을평가할때엔지니어는수신기의클럭복구, 균등화및디코딩프로세스가결합된복합적효과를고려할필요가있다. 다시말하자면, 수신기의지터입력허용오차를고려해야하는것이다 (2.10절참조 ). 지터입력허용오차가낮은수신기는넓게열린아이다이어그램을형성하는신호를디코드할때오류를생성하는반면, 지터입력허용오차가높은수신기는감겨진아이다이어그램을형성하는신호를올바르게디코드할수있다. 하지만긴케이블의끝에서균등화되지않은신호의아이다이어그램에서작거나감겨진아이오프닝이반드시디코딩오류의가능성이높다는것을나타내는것은아니다. 수신기에사용되는케이블균등화는신호의전이를복원하고아이를 " 다시열리게 " 한다. 균등화수준이적절하다면케이블감쇠로부터의 ISI가디코딩프로세스에큰영향을미치지는않는다. 균등화가적절하지않으면케이블효과에의해생기는데이터종속적인지터로인해디코딩오류가발생할수있다. 균등화가케이블효과를보상할수있지만균등화된신호에는아이오프닝을줄이거나감기게하는신호지터나진폭노이즈가여전히포함될수있다. 균등화후디코딩오류에대한나머지잠재성을정성적으로평가하기위해엔지니어는균등화된입력신호로부터구성된균등화된아이다이어그램을사용할수있다. 아이다이어그램은교류결합효과도보여줄수있다. 교류결합으로인한신호레벨이동 (2.9절) 은아이다이어그램을형성하는중첩된세그먼트에서그에맞는이동의원인이된다. 해당아이다이어그램을형성하는계측기에직류결합입력이있는경우에도이런일은발생할수있다. 시스템의다른장비는 SDI 신호가계측기에도달하기전에신호내에이동을일으켜교류결합입력을가질수있다. 2.7절에설명한바와같이, 주파수종속적인케이블감쇠는 SDI 신호에서전이를 " 확산 " 시킨다. 이심벌간간섭은긴케이블의끝에있는신호에서구성된아이다이어그램에서아이오프닝을상당히줄이거나완전히감기게할수있다 ( 그림 9 참조 ). 13

14 그림 10. 교류결합효과 그림 10a는여러비디오라인과같은스윕레이트로설정된아이디스플레이에서이퀄라이저스트레스패턴을함유한이상 SDI 신호를나타낸것이다. 이처럼느린스윕레이트에서는결과파형에분할당수천개의개별아이가포함된다. 이디스플레이는낮은신호레벨에서긴간격으로인한교류결합효과때문에신호레벨이더높이이동하는것을분명히보여준다 ( 그림 5b의위쪽패턴 ). 그림 10b는전체비디오필드를표시하는훨씬더낮은스윕레이트를이용하여같은신호에대한아이디스플레이를나타낸것이다. 이디스플레이는그림 5b에나타난 2개의다른이퀄라이저스트레스패턴으로부터의효과를보여준다 등가시간아이, 실시간아이신호지터를모니터링하고계측하는데가장흔히사용되는계측기는입력신호를샘플링함으로써아이다이어그램을구성한다. 이들계측기는두가지다른방법을사용하여이런샘플을획득한다. 파형모니터와다른비디오전용계측기를포함한많은계측기는등가시간샘플링기술을이용하여아이다이어그램을만든다. 이런기술은언더샘플링을이용하여오버샘플링된획득을근사화한다. 이런방법으로구성된아이다이어그램을등가시간아이라한다. 계측기는다양한기능과특징을가진다양한등가시간샘플링기술을이용한다. 개괄적으로말하자면, 이접근방식에사용되는언더샘플링때문에아이다이어그램의 " 에지 " 는실제신호에서분리된많은에지 ( 폭넓게분리된에지일가능성이있음 ) 의복합적효과를나타낸다. 아이를구성하는데사용되는샘플링속도는첨두치지터진폭계측의결과에큰영향을미칠수있다 (4.3.1절). 실시간디지털오실로스코프는위에서언급한등가시간기술을이용하여등가시간아이다이어그램을구성할수있다. 또한입력신호를오버샘플링하는실시간샘플링기술을이용하여아이다이어그램을구성할수도있다. 이런계측기들은소프트웨어기반클럭복구기술을이용하여아이를만든다. 이런실시간샘플링기술을이용하여구성된아이다이어그램을실시간아이라한다. 이기술에서아이다이어그램의에지는입력신호의실제에지이다. 획득스토리지양과샘플링속도가첨두치지터진폭계측의결과에영향을미친다 (4.3.3절). 14

15 그림 11. 욕조형곡선 BER 대비아이다이어그램에서의위치 비트오류율, 욕조형곡선모든 SDI 신호에는일정량의랜덤지터가있다. 2.6절에서설명한바와같이, 랜덤지터에는식별가능한패턴이없다. 따라서신호에서랜덤지터로인한디코딩오류는결정가능한시간이나속도에서는발생하지않는다. 오류율대신디코딩에대해결정성지터와랜덤지터가결합되어미치는영향은디코드된총비트수에대해잘못디코드된비트수의비율인 BER( 비트오류율 ) 로특성화하여유용하게이용할수있다. 예를들어소량의랜덤지터를가진 HD-SDI 신호와항상단위간격의중점에서샘플링하는수신기를생각해보자. 이신호의총지터, 즉결정성지터와랜덤지터가조합된효과가분당평균 1회의비율로이수신기에서샘플링오류를일으킨다고가정하자. 그러면 1분에 1.485Gb/s HD-SDI 신호는 8.91 x 비트를송신한다. 따라서신호의총지터는이이상적인수신기에서최소 1.12 x 의 BER에해당된다. 270Mb/s SD-SDI 신호의경우분당평균 1회의디코딩오류는최소 6.17 x 의 BER에해당된다. 비트스크램블링및 NRZI-NRZ 변환과관련하여 SDI 수신기에발생하는오류전파효과로인해샘플링오류 1개가여러개의비트오류로이어져 BER이더높아질수있다. 이제샘플링위치를단위간격의중점으로부터아이다이어그램의크로스오버포인트중하나로이동한다고상상해보자. 그림 11a는아이가거의감겨질때까지큰진폭의랜덤지터에맞게충분히긴에지를누적한아이다이어그램을스케치하여이프로세스를나타낸것이다. 샘플링위치가크로스오버포인트에더가까이이동함에따라더작은지터진폭이샘플위치에대해틀린위치에서전이를일으킬수있다. 랜덤지터에서는작은진폭변동이큰진폭변동보다자주발생한다. 따라서샘플링위치가크로스오버포인트쪽으로이동함에따라랜덤지터가샘플링위치에대해틀린위치로의전이를더자주이동시킬수있다. 이로인해디코딩오류수가증가하고 BER도증가한다. 그림 11b의스케치는신호의지터로인한 BER과단위간격에서의샘플링위치간의이런관계를나타낸것이다. 그모양이마치욕조의단면과같이보이기때문에이것을욕조형그래프또는욕조형곡선이라부른다. 15

16 Source A SourceB 그림 12. 2개의소스로부터발생되는 SDI 신호에대한수신기입력에서의욕조형곡선욕조형곡선은비디오시스템이목표 BER을달성할수있는지여부를평가하는데유용하다. 예를들어비디오시스템을작동하면서 BER이 이하로머물기를바란다고해보자. 출력 SDI 신호에포함된랜덤지터와결정성지터의양이다른시스템내에있는 2개의다른소스를고려한다. 특정수신기의입력에서두신호의총지터의 RMS 진폭이같고그림 12에나타낸욕조형곡선을생성한다. 욕조형곡선의모양을보면신호지터에대한정보를알수있다. Source A에서발생한신호의곡선이더가파른것은 Source B에서발생한신호에비해랜덤지터량이더적음을나타낸다. 관찰된비트수가증가함에따라 Source B에서발생한신호에서보다 Source A에서발생한신호에서첨두치지터진폭이덜증가한다. 신호의총지터가같은 RMS 지터진폭을가지므로 Source B에서발생한신호에비해 Source A에서발생한신호에서랜덤지터에대한결정성지터의비율이더크다. BER이 인경우 Source A에서발생한 SDI 신호에대한욕조형곡선의측면이단위간격에중심을둔 0.5UI 영역을정의한다. 이영역에서발생하는임의의신호전이가디코딩오류를일으킨다고가정하면이신호에대한아이오프닝이 비트에서 1회의전이를제외하면 0.5UI와같다고할수있다. 반대로, Source B에서발생한 SDI 신호에대한아이오프닝은 비트에서 1회의전이를제외하면 0.33UI와같다 이라는 BER 목표를만족하려면수신기가단위간격의중점주변 0.33UI 영역내에서 Source B로부터발생한 SDI 신호를샘플링해야한다. 수신기는 Source A에서발생한신호를샘플링할때더큰마진을가진다. 수신기는단위간격에중심을둔 0.5UI 영역내의어디서든이신호를샘플링할수있다. 2.5절에서설명한바와같이, 수신기는클럭복구프로세스대역폭미만의주파수에서신호지터를추적하고샘플링위치를조정하여이편차를보상할수있다. 하지만클럭복구로이런편차를완벽히추적할수는없다. 클럭복구프로세스의타이밍오류가이예에사용되는수신기의샘플링위치가단위간격에중심을둔 0.4UI 영역내의임의의위치가되도록할수있다고가정해보자. 그러면 Source B에서발생한신호는이신호의랜덤지터성분이크기때문에 BER 요구사항을만족하지못할가능성이크다. Source A에서발생한신호는이 BER 요구사항을보다쉽게만족할수있다 비트에서 1회전이를제외하고 Source A에서발생한 SDI 신호의아이오프닝은수신기의샘플링위치에서발생하는잠재적변동보다크다. 여기에는샘플링위치의내부지터또는변동이때때로조금씩증가할수있도록하는약간의마진이포함된다. 참고문헌에나열된 " 타이밍지터의이해와특성화 " 입문서에욕조형그래프와랜덤및결정성지터의영향에대한자세한내용이설명되어있다. 16

17 3.0 비디오지터성능및계측에대한사양 문서 제목 내용설명 SMPTE RP 184 비트-직렬디지털시스템의지터사양 지터입력허용오차, 지터전달및출력지터를지정하기위한방법과성능템플릿 SMPTE RP 192 비트-직렬디지털인터페이스에서의지터계 RP 184에설명한지터성능계측을수행하는방법 측절차 SMPTE 259M 10비트 4:2:2 컴포넌트및 4ƒsc 합성디지털신호 직렬디지털인터페이스 SD-SDI 신호원의 SDI 출력에서지터에대한성능한계사양 SMPTE 292M 고화질텔레비전시스템에대한비트-직렬디지털인터페이스 HD-SDI 신호원의 SDI 출력에서지터에대한성능한계사양 SMPTE EG 33 지터특성및계측 비디오시스템의지터계측및지터최소화에대한지침 IEEE 표준 1521 비디오지터및원더계측을위한 IEEE 시범사용표준 성능템플릿을포함한출력지터및원더그리고지터계측주파수응답을포함한지터계측방식에대한사양 표 1. 비디오지터에적용되는표준과기타문서 지터계측의일관성은반드시표준을준수하는것으로부터시작된다. 업계에서는이런표준을개발하고채택함으로써장비가비디오제작, 배포및송신시스템에서만족스럽게수행되도록한다. 비디오장비제조업체는이런표준에부합하는제품을설계및제공해야한다. 비디오테스트장비제조업체는이들표준을완벽히이해하고이런표준에문서화된요구사항을준수하는테스트절차를구현하고특정구현의제약조건내에서가능한한정확하게표준을구현해야한다. 하지만관련비디오표준에적합하게테스트절차를구현하더라도일관된계측결과가보장되는것은아니다. 특히, 현재의비디오표준에서는현저히다른결과를산출할수있는상당히다른지터계측방식을허용하고있다. 따라서지터계측과계측결과의변동성에대한모든논의는관련표준과사양을살펴보는일부터시작해야한다. 3.1 표준문서 SMPTE는비디오산업에대한표준, 권장항목 (RP) 및엔지니어링지침 (EG) 을발행한다. IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 에서도비디오표준을발행한다. 표 1은비디오지터에적용되는표준과권장항목을나열하고지터관련내용을간략히설명한것이다. 2 RP 184는지터입력허용오차, 지터전달및출력지터를포함하여지터성능을지정하기위한틀을제공한다. 여기에는첨두치진폭계측에포함되는지터주파수를지정하기위한방법이포함된다. 이권장항목은지터사양의형태를설명할뿐이다. 모든파라미터는특정한 성능한계가없는심벌형태이다. 특히, RP 184에는계측대역통과컷오프주파수나첨두치지터한계에대한값은주어지지않는다. 이들계측파라미터는특정 SDI 형식에따라다르고그형식을정의하는표준에나열된다. 또한 RP 184에서는계측시간에대한사양은다른표준이나권장항목의몫으로미뤄두고있다. RP 192에는 RP 184에따르는지터계측기술의예가나와있고이런특정기술을상세히설명한다. 하지만 RP 192에서는 RP 184에따르는다른기술을미리배제하지는않는다. 이권장항목에서특정계측시간을지정하지는않지만오실로스코프기반지터계측에대한최소계측시간을결정하는절차는설명하지않는다. 표준화질디지털비디오컨텐트를담은 SDI 신호의지터에대해서는 SMPTE 259M의 3.5절에서다룬다. 고화질디지털비디오컨텐트를담은 SDI 신호의지터에대해서는 SMPTE 292M의 8.1.8절에서다룬다. 각각의형식에대해이들표준은 " 타이밍및기타특성이훌륭한스튜디오모범사례를만족하는병렬영역신호로부터파생된소스의직렬출력 " 으로부터지터에대한성능한계를지정한다. 2 ITU 에서도지터성능에대한사양을담은비디오표준 ( 예 : ITU-R BT.656, ITU R-BT.799, ITU-R BT. 1363) 을발행한다. 일본에서는 ARIB 표준에이분야의사양이포함된다. 이들문서의지침과사양은상당한정도까지본안내서에설명된 SMPTE 및 IEEE 문서의지침및사양과일치한다. 17

18 그러므로이들표준에서는출력지터에대한성능한계만정의한다. 특히, 출력지터계측을위해 RP 184에서식별된파라미터에대해특정값을지정한다. 여기에는계측대역통과모서리주파수, 첨두치지터한계및지터계측에사용되는테스트신호가포함된다. 이들표준에서는첨두치진폭계측시간을지정하지는않는다. IEEE 표준에따르면원더에서지터를분리하려면가파른 60dB/decade의슬로프가요구된다고되어있다 (IEEE 표준 1521의그림 1 참조 ). IEEE 표준과두가지권장항목을모두준수하려면그림 13에나타낸것과같이지터계측장비가최소한 60dB/decade 이상의고역램프를사용해야한다. 3 EG 33에는엔지니어를위해 SDI 신호에대한보다상세한정보와지터계측기술을안내하는내용이들어있다. EG 33에서는지터가시스템작동에미칠수있는몇가지영향을설명하고이런영향을최소화하거나완화하는설계접근방법을제안한다. IEEE 표준 1521에서는아날로그및디지털비디오모두에대한지터및원더계측을구체화하기위한요구사항을설명한다. RP 184와마찬가지로, 이표준에서는사양의형태로만요구사항이제시된다. 이표준에서계측필터모서리주파수나첨두치지터한계에대한값을제시하지는않는다. 지터및원더를계측하는 3가지방법도설명한다. 본기술안내서에서는출력지터계측만고려한다. 각종비디오표준에서는이유형의지터에대해서만성능한계를지정한다. 이들은가장흔히수행되는계측으로서가장큰혼동을일으키는내용이다 지터주파수대역통과에대한사양 2.5절에서설명한것과같이, 비디오지터는주파수를바탕으로분류된다. 이런다른종류의지터량을계측하려면계측대상을특정주파수범위로제한해야한다. RP184, RP192, IEEE 표준 1521은모두대역통과형태에대한사양에기여한다. 관련 SDI 사양에는대역통과모서리주파수가명시된다. 한예로서그림 13은 HD-SDI 신호의타이밍지터를계측하기위한대역통과를나타낸것이다. 그림에표시된값들은모든관련표준및권장항목의사양과결합된다. 그림 13. HD-SDI 신호의타이밍지터를계측하기위한주파수대역통과 RP 184에서는 ƒ4에서의저역필터링에서최소 20dB/ decade의슬로프를권장한다. 또한 ±1dB 미만의대역내리플도권장하지만고역모서리주파수 ƒ1의정확성에대해서는어떤지침도제시하지않는다. 저역모서리주파수 ƒ4의값은클럭속도의 1/10 이상인임의의값이될수있다. 동기지터량을결정하려고할때도다양한주파수에서계측작업을수행해야하지만고역모서리주파수와슬로프는다르다 ( 그림 14). SMPTE 292M에서는동기지터를계측하기위한저주파컷오프로 ƒ3 = 100kHz로지정되어있다. 타이밍지터사양과마찬가지로 SMPTE 292M에서는고주파컷오프 ƒ4가최소한클럭속도의 1/10 이상이되어야한다고규정한다. 동기지터를계측하기위한대역통과에서의고역모서리주파수사양은저주파지터를추적하는클럭복구프로세스의대역폭에대한예상치를반영한것이다. SMPTE 292M에서는 ƒ1 = 10Hz에서저주파컷오프를지정하는데이는타이밍지터의정의와일치한다. 이표준에서는고주파컷오프인 ƒ4가 HD-SDI 신호에대해 148.5MHz 인클럭속도의 1/10 이상이어야한다고지정되어있다. RP 184에서는 ƒ1에서의고역필터링에서최소 20dB/decade 이상의슬로프를권장한다. RP 192에서는최소 40dB/decade 이상, IEEE 표준 1521에서는최소 60dB/decade 이상의슬로프를권장한다. 3 현재진행중인논의를바탕으로고역슬로프에대한 RP 184 및 RP 192 의권장사항은최소 60dB/decade 이상으로변경될것이다. 18

19 따라서 SMPTE 표준에서는 SDI 신호의비대칭적상승및하강시간과상당한 DC 오프셋을허용한다. 2.9절에설명한바와같이, 이런신호특성이디코딩에영향을미칠수있다. 4.2절에설명하겠지만, 지터계측에도영향을줄수있다 연결케이블과다른시스템요소에대한사양 그림 14. HD-SDI 신호의동기지터를계측하기위한주파수대역통과 SMPTE에서는 HD-SDI 신호를처리하는장비가최소 100kHz 이상의클럭복구대역폭을가지게될것이라는예상으로그림 14에표시된 ƒ3에대한값을선택했다. SD-SDI 신호를처리하는장비의클럭복구대역폭은특히레거시장비의경우더작다. 따라서 SMPTE 259M에서는 SD-SDI 신호의동기지터계측을위해대역통과에서 ƒ3 = 1kHz로지정되어있다. RP 184에서는 ƒ3에서고역필터링에대해최소 20dB/decade의슬로프를, RP 192에서는최소 40dB/decade의슬로프를권장한다. 두권장항목을모두준수하려면지터계측장비가그림 14에나타낸것과같이최소 40dB/decade의고역슬로프를사용해야한다. 4 RP 184에서는 ƒ4에서저역필터링에최소 20dB/decade 의슬로프를권장한다. 타이밍지터와마찬가지로, RP 184 에서는 ±1dB 미만의대역내리플을권장하고고역모서리주파수 ƒ3의정확성에대해서는어떤지침도제시하지않는다. 동기지터를계측하기위한대역통과내의저역모서리주파수 ƒ4의값은클럭속도의 1/10 이상인임의의값이될수있다 신호전압레벨과전이시간에대한사양 SD-SDI 출력의경우 SMPTE 259M에서는 DC 오프셋이 0.0V ± 0.5V인 800mV ± 10% 의첨두치신호진폭을지정한다. 전압레벨간전이는 0.4ns ~ 1.5ns의시간이걸릴수있고상승및하강시간은 0.5ns 이상차이가날수없다. SD-SDI 신호에대해 SMPTE 259M에는소스출력신호특성을 " 짧은동축케이블 " 로연결된저항성부하에걸쳐계측하도록지정되어있다. HD-SDI 신호에대해 SMPTE 292M에는 "1m 동축케이블 " 사용을지정하고있다. 따라서 SD 및 HD-SDI 신호모두에대해표준에서는짧은케이블길이에걸쳐계측된소스출력근처의지터성능만규정하고있는것이다. SDI 신호수신기의경우표준에서는임피던스와반사손실을비롯하여 SDI 입력에대해몇가지요구사항을두고있다. 하지만 SDI 수신기의지터입력허용오차에대한성능제한은정하지않는다. 또한시스템요소의지터전달에대한성능제한도정하지않는다. 이들표준에서특정케이블유형을지정하지는않지만두표준모두케이블이퀄라이저가올바르게작동할수있도록하는데필요한 1/Ã의주파수응답이동축연결에있어야한다고규정하고있다. HD-SDI 신호에대해 SMPTE 292M에서는좀더깊이다루고케이블반사손실을지정한다. 어떤표준도긴케이블에서 ISI에의해유발되는데이터종속성지터에대한성능한계를두고있지않다. 표준에서는수신기가클럭주파수의 1/2에서최고 20dB까지케이블손실이있는상태에서명목상으로는작동해야한다고되어있다. 하지만표준에서는 " 신호감쇠가더크거나작은상태에서작동하는수신기는허용가능하다 " 고되어있으므로이것이성능한계는아니다. 표준에서패치패널의커넥터상의반사를포함하여비디오시스템에서 ISI의다른소스에대한성능특성을지정하고있지는않다. HD-SDI 출력에대해 SMPTE 292M에서는동일한신호진폭조건을지정한다. 전압레벨간전이는 270ps 이상걸리지않으며상승및하강시간은 100ps 이상차이가날수없다. 19

20 3.5. 첨두치지터진폭에대한사양 SMTPE 292M에서는병렬영역신호에서파생된소스의 HD-SDI 출력에있는타이밍지터의첨두치진폭이 1.0UI(673ps) 미만이될것이라되어있다. 또한이표준에서는 SDI 출력에있는동기지터의첨두치진폭이 0.2UI, 즉 135ps(0.2 x 673ps) 미만일것이라되어있다. SMTPE 259M에서는병렬영역신호로부터파생된소스의 SD-SDI 출력에있는타이밍지터와동기지터의첨두치진폭이모두 0.2UI, 즉 740ps(0.2 x 3.7ns) 미만일것이라되어있다. 이두표준에서는병렬영역입력으로부터신호를파생하는소스의출력에서 SDI 신호에허용되는출력지터의최대첨두치진폭만지정되어있다. 이두표준에서 SDI 입력으로부터직접출력신호를파생하는장치의출력에서 SDI 신호에허용되는출력지터의최대첨두치진폭은지정하지않고있다. SDI 신호에는그림 15에표시된종류의결정성지터동작이있을수있지만그것이전형적인패턴은아니다. 하지만모든 SDI 신호에는일정량의랜덤지터가있다. 2.6절에서설명한바와같이, 랜덤지터는지터진폭의가우시안확률분포에의해모델화될수있고일체의실용적목적을위해첨두치지터진폭에대한상한은없다. 첨두치계측을위한시간간격을늘리면계측주기중일부큰진폭변동이발생할확률도높아져계측되는첨두치지터진폭이커지게된다 절에서이효과에대해보다상세히검토하기로하겠다. 3.1절에설명한바와같이, 표준에는첨두치계측시간에대해매우제한된지침만나와있다. 따라서비디오지터계측장비를제조하는회사들은서로다른시간간격에서첨두치지터진폭을계측한다. 계측시간에변동이생기면일반적으로계측되는값도불일치하게된다. 첨두치지터진폭을계측할때일관성을높이기위해서는표준에계측시간이지정되어야할것이다 계측시간에대한사양계측된첨두치지터진폭은계측작업을수행하는데사용되는시간간격에따라다르다. 2.6절에서는랜덤지터에대한이런종속성을설명한다. 이것은결정성지터를포함한신호에대해수행하는첨두치지터진폭계측에도적용된다. 그림 15는이런종속성을간단히표현한것이다. 이예에서 SDI 신호에는잘분리된펄스로구성된주기적인결정성동기지터가포함된다. 하나는이상적인위치에서전이가앞서고다른하나는전이가지연된다. 50ms의관찰시간동안첨두치계측작업을수행하는계측기는단하나의지터피크만계측하고그신호에 0.15UI의동기지터첨두치가있는것으로표시한다. 이만한양의지터는지정된성능한계이내에드는수준이다. 하지만 150ms의시간동안첨두치계측을하는계측기는선행피크와지연피크를모두탐지한다. 이계측기는해당신호의동기지터첨두치가 0.3UI로서지정된성능한계이상임을나타낸다. 그림 15. 첨두치계측값은계측시간에따라달라진다. 20

21 타이밍지터계측을위한대역통과 사양 신호형식 SD-SDI HD-SDI 고역특성 모서리주파수 10Hz 10Hz 슬로프 최소 60db/decade 최소 60db/decade 저역특성 모서리주파수 클럭속도의 1/10 이상 클럭속도의 1/10 이상 슬로프 최소 20db/decade 최소 20db/decade 대역통과리플 ±1dB ±1dB 동기지터 고역특성 모서리주파수 1kHz 100kHz 계측을위한대역통과 슬로프 최소 40db/decade 최소 40db/decade 저역특성 모서리주파수 클럭속도의 1/10 이상 클럭속도의 1/10 이상 슬로프 최소 20db/decade 최소 20db/decade 대역통과리플 ±1dB ±1dB 전압 첨두치신호진폭 800mV ± 10% 800mV ± 10% 및전이시간 DC 오프셋 0.0V ± 0.5V 0.0V ± 0.5V 최대전이시간 0.4ns 미지정 최소전이시간 1.5ns 270ps 상승및하강시간사이의최대차이 0.5ns 100ps 첨두치 타이밍지터 0.2UI 1.0UI 지터진폭 동기지터 0.2UI 0.2UI 권장테스트신호 컬러막대 컬러막대 표 2. 지터사양요약 3.7. 데이터패턴에대한사양 RP184에서는지터사양에지터계측에사용되는테스트신호도명시할것도권장한다. SMPTE 259M과 SMPTE 292M 모두지터계측을위해스트레스를가하지않는테스트신호로서컬러막대를지정하고있다. 두표준에서는긴제로 (0) 비트열로이루어진스트레스인가신호를사용하면결과가잘못나올수있다는점을경고한다. 특히, SMPTE RP 198에정의된 SDI 체크필드는간격이긴일정한신호전압이포함된하드웨어기반균등화및클럭복구프로세스에대한스트레스테스트를하기위한이상신호를생성한다. 소스출력상의지터를계측하는데사용되는방법에이런클럭추출또는균등화프로세스가포함된다고가정하자. 이런프로세스는항상조금작은수준의내부지터발생의원인이되지만이상신호는이런내부지터를상당한수준으로증가시켜보다일반적인특성을지닌 SDI 신호에대해계측되는첨두치진폭값을증가시킬수있다. 이상신호가스트레스테스트에는꽤중요한가치를지니지만신호원이 SMPTE 지터사양을준수하는지확인하기위한테스트에서는이런신호를사용하면안된다. 클럭추출대신외부기준을이용하는방법을사용하면이상신호의지터를성공적으로계측할수있을것이다. 하지만 SMPTE RP 192에설명된바와같이, 이런방법은 "SDI 신호에있는지터를개략적으로조사 " 하는수단을제공할뿐이다. 계측결과는 " 기준신호의안정성에따라달라질 " 뿐만아니라 " 일반적으로지터사양에서요구되는바에따라대역폭제한을허용하지않는다." 3.8. 지터사양요약표 2는 SDI 신호지터를계측하고특성화하는것과관련된사양을요약한것이다. 21

22 4.0 지터계측을구성하는기능 그림 16. 지터계측에관련된기능 ( 계측결과가일치하지않는원인이괄호안에표시되어있음 ) 어떻게다른계측기가다른지터계측결과를내는지이해하려면지터계측에관련된기능, 즉차이가발생할수있는모든곳을열거해봐야한다. 그림 16은지터계측프로세스의일반적인블록다이어그램을나타낸것이다. 이다이어그램은수많은비디오전용계측기에구현된하드웨어기반지터계측프로세스를적절히표현한것이다. 하지만이다이어그램이어떤특정방식을완전히표현하는것은아니다. 또한이다이어그램은범용오실로스코프, 특히소프트웨어기반접근방식에사용되는지터계측프로세스를나타낸것은아니다. 이다이어그램은주로지터계측프로세스를설명하기위해편리하게이용하는조직구조로사용된다 균등화 3.4절에설명한바와같이, SMPTE 표준에서는소스출력의계측을길이가짧은케이블상에서수행해야한다고지정하고있다. 이런짧은길이에서는케이블감쇠가지터계측에영향을주지않기때문이다. 하지만비디오시스템에서지터관련문제를진단하기위해계측작업을할때는이사항이적용되지않는다. 이런경우엔지니어는일반적으로긴케이블끝에서 SDI 신호의지터를계측한다. 주파수종속성케이블감쇠로인해이런 SDI 신호에는신호를균등화하지않을경우데이터종속성지터로나타나는심벌간간섭이있다. 이 SDI 신호의지터를계측하는데사용되는방법에균등화단계가없으면케이블길이로인해계측되는첨두치값에는 ISI에의해유발되는지터가포함된다. 하지만 SDI 수신기에케이블이퀄라이저 (2.7절참조 ) 가있기때문에이지터는일반적으로디코딩오류를발생시키지않을것이다. 사실, 균등화되지않은계측결과에는디코딩오류로이어지지않는지터성분이포함될것이다. 이문제를해결하기위해일부파형모니터와다른비디오계측기에는그림 16에나타낸것과같은지터계측프로세스에균등화단계가포함된다. 균등화후계측되는첨두치지터진폭이수신기성능에영향을줄수있는지터성분을보다잘반영한다. 계측결과에는수신기의이퀄라이저가제거할지터성분은포함되지않는다. 균등화단계에사용되는케이블이퀄라이저의차이로인해지터계측결과에차이가생길수있다. 특히, 이퀄라이저는케이블관련 ISI를보상하는능력이서로다르다. 긴케이블끝에서 SDI 신호의지터를계측할때불완전한균등화로인해더나은이퀄라이저를이용한계측결과에비해데이터종속성지터가첨두치지터진폭계측을증가시킬수있다. 현저할정도이긴하지만불완전한균등화로인한첨두치지터진폭계측결과의차이는균등화된계측과균등화되지않은계측결과간차이보다는훨씬적다. 짧은케이블에서 SDI 소스에있는지터를계측할때는균등화단계가첨두치진폭계측에영향을미칠수있다. 균등화프로세스의노이즈는 SDI 신호에지터를추가하여계측결과를증가시킬수있다. 일반적으로균등화노이즈는지터노이즈플로어에기여하는바가현저한수준이지만작은양의지터만더할뿐이다 (4.6절참조 ). SDI 신호의간격이일정전압에서길때, 즉이상신호일때균등화역시지터계측에영향을줄수있다. 2.8절에설명한바와같이, 이런신호특성은균등화프로세스에스트레스를준다. 이경우균등화와관련된효과는길이에상관없이어떤케이블에서든계측된첨두치지터진폭결과에영향을줄수있다. 22

23 그림 % 지점에서전이탐지를위한최적의결정임계값을보여주는같은상승및하강시간을가진신호의아이다이어그램상기표준은 SDI 소스의직렬출력에서의지터성능에초점을맞추므로균등화이용이나균등화방식에대한임의의사양에대한지침은제공하지않는다. 지터계측이비디오소스장비를평가하는데있어주요한역할을하지만높은신뢰성을가진생산, 유통및방송시스템을배치하고관리하는데도똑같이중요한역할을한다. 그래서표준에서는계측정확성과이런애플리케이션에서의일관성을보장하기위해지터계측방법의균등화문제를해결할필요가있을것이다 전이탐지 2.3절에설명한바와같이, 지터는시간이경과하면서이상적인위치에서벗어나는신호전이의변동이다. 이런변동을계측하기위해실제신호전이가발생할때계측프로세스가시간축에서해당지점을결정할필요가있다. 신호디코딩과마찬가지로, 이런전이탐지프로세스에서결정임계값을사용한다. 이상적위치간의시간분리는단위간격의배수가된다. 그래서전이탐지를위한최적의결정수준은지터가없는신호에서발생하는실제전이의시간분리가단위간격의배수와도같아지도록하는수준이될것이다. 상승시간과하강시간이같은전이의경우이런최적의결정수준은전이의 50% 지점과같다. 이임계값은이들신호에대한아이다이어그램에서크로스오버포인트에해당하며아이의폭이최대인수준과같다 ( 그림 17). 그림 18. 최적화되지않은결정임계값은듀티사이클종속성지터를유발한다. 전이탐지에서최적이아닌결정임계값을사용하면지터가발생한다. 그림 18은전이의상승및하강시간이같은지터없는신호에대한아이다이어그램을도식적으로표현한그림을이용하여이효과를설명한것이다. 신호레벨사이의중간지점에위치한최적의결정임계값 ( 파란선 ) 을이용한전이탐지기는아이크로스오버포인트에서상승및하강에지를모두찾아낸다. 임의의상승에지탐지와그뒤에나오는하강에지탐지사이의시간은항상단위간격의배수이다. 임의의하강에지탐지와그뒤에나오는상승에지탐지사이의시간역시단위간격의배수가된다. 이제높은신호레벨 ( 빨간선 ) 에더가까이있는최적이아닌결정임계값을사용하는전이탐지기를고려해본다. 신호에상승에지가나온다음하강에지가나올때이전이탐지기는크로스오버포인트뒤의상승에지와크로스오버포인트앞의그에해당하는하강에지를찾는다. 이두에지사이의시간은그에해당되는단위간격의배수미만이된다. 신호에하강에지가나온다음상승에지가나올때는이전이탐지기가크로스오버포인트앞의하강에지와크로스오버포인트뒤의그에해당하는상승에지를찾는다. 이두에지사이의시간은그에해당되는단위간격의배수이상이된다. 최적이아닌결정임계값때문에탐지된전이는이상적인위치에서벗어나있다. 최적이아닌전이탐지프로세스가듀티사이클종속성지터라고하는결정성지터성분을발생시켰다. 23

24 전이탐지에서최적의결정임계값을사용하면계측되는값에최적이아닌수준에서비롯되는듀티사이클종속성지터가포함되지않으므로더작은지터계측값을산출하게된다. 따라서전이탐지를위한최적의결정임계값은지터를최소화하고아이폭을최대화하는수준이라말할수있다. 비대칭전이도지터계측에영향을줄수있다. 대부분의 SDI 신호에는거의대칭적인전이시간이있지만표준에서는상승및하강시간에상당한차이를허용한다. 그림 19는표준에적합하긴하지만상승시간은느리고하강시간은빠른 SDI 신호를보여준다. 아이크로스오버포인트는전이의 50% 지점아래에잘나타난다. 대부분의계측기에는교류결합입력이있고전이탐지를위한결정임계값을교류결합신호의평균신호전압으로설정한다. 대부분의경우이런접근방식을취하면일반적인 SDI 신호가 " 장기적으로는 " 대칭이기때문에최적에근접한전이탐지를할수있다 (2.9절참조 ). 많은단위간격에해당하는지속시간에걸쳐신호는각전압레벨에서거의같은양의시간을쓴다. 이런지속시간에걸친평균신호전압은아이높이의중점에서전이탐지를위한최적의위치에가까이위치한다 ( 그림 17). 2.9절에서설명한교류결합효과는신호디코딩뿐만아니라지터계측에도영향을줄수있다. 특히, SDI 신호의긴일정전압간격은고정된결정임계값에대해신호를이동할수있다 ( 그림 6 참조 ). 전이가많은대칭형 SDI 신호에대해거의최적의결정임계값은일정전압간격이긴이동된신호에대한최적이아닌결정임계값이된다. 이경우지터계측의전이탐지단계에듀티사이클종속성지터가발생한다. 단기적으로는일반적인 SDI 신호가같은신호레벨에서여러개의단위간격을쓸수있다. 일반적으로계측기는이런단기적동작에관련된교류결합효과를적절히보상한다. 따라서대부분의 SDI 신호에있어전이탐지단계에는첨두치진폭계측에영향을주기에충분한듀티사이클종속성지터가발생하지않는다. 이상 SDI 신호의이퀄라이저스트레스패턴은교류결합신호에상당한이동을일으킬수있다 ( 그림 10 참조 ). 이경우전이탐지단계에발생한듀티사이클종속성지터가첨두치지터진폭계측결과를증가시킬수있다. 이런효과는 SDI 신호원의출력지터를계측하는데스트레스패턴을사용하는것에대해 SMPTE에서지적한주의가타당성이있음을뒷받침한다. 권장되는컬러막대패턴은주파수전이가있는 SDI 신호를발생시킨다. 교류결합후이신호의평균전압레벨은전이탐지를위한최적의결정임계값과거의일치한다. 그림 19. 상승시간은느리고하강시간은빠른허용가능한 SDI 신호는 50% 지점이항상전이탐지를위한최적의결정수준과같지는않다는점을보여준다. 지터계측프로세스의전이탐지단계에서전이의 50% 지점과같은결정수준을사용한경우계측결과에는상당한양의듀티사이클종속성지터가포함된다. 결정임계값을아이크로스오버포인트 ( 최대아이폭 ) 와맞출수있는지터계측방법을사용하면더작은결과 ( 최소지터 ) 가나온다. 표준에서는지터계측프로세스의전이탐지단계의결정임계값에관해어떤지침도제시하지않는다. 특히, 교류결합효과를보상하거나비대칭신호전이를수용하는데따른사양이없다. 전이탐지의차이가지터계측결과의차이에주된원인은아니지만추가적인지침이보다일관된결과를보장하는데도움이될것이다. 이영역에서의알맞은사양은최적이아닌전이탐지로부터비롯되는듀티사이클종속성지터로인해일관되지못한계측결과가발생할가능성을줄여준다. 24

25 4.3. 위상탐지 / 복조 2.3절에서설명한바와같이, 지터를직렬데이터스트림의위상변조로보기로한다. 지터계측프로세스의위상탐지 / 복조단계에서는다음의두가지기본접근방식중하나를이용하여입력신호에서이위상변조를분리해낸다. 신호전이에서위상변동의개별진폭을계측한결과를수집하여입력신호의위상변조샘플링 복조기술을이용하여입력신호의위상변조에해당하는복조된지터신호생성이어지는단원에서는지터계측프로세스의위상탐지 / 복조단계에사용되는다음 3가지방법의특성을설명하기로한다. 등가시간아이방법을이용하여신호의등가시간아이다이어그램을구성하고아이의에지샘플이이상적위치에서변동하는양을계측한다. 그림 20. 등가시간아이방법 위상탐지 / 복조 : 등가시간아이방법그림 20은등가시간아이방법을나타낸것이다. 이다이어그램은비디오전용계측기에서이방법을구현한모습을적절히표현한것이지만등가시간샘플링기능을사용하는샘플링오실로스코프나다른범용계측기에서의지터계측을나타낸것은아니다. 현재널리사용되는샘플링오실로스코프와신호분석기에서는종종상당한수준의소프트웨어기반신호처리기법을이용하여지터계측프로세스를구현할때훨씬더정교한기술을사용한다. 그런고로다음설명에는이런계측기의기능과성능은반영되어있지않다. 위상복조방법에서는적절히필터링된 2개의클럭신호를위상탐지기에작용시킨다. 위상탐지기로부터의출력은복조된지터신호이다. 실시간획득방법에서는단일트리거이벤트로부터실시간으로캡처된하나이상의획득레코드에신호처리알고리즘을적용하여획득레코드의각단일에지가이상적위치에서변동하는양을계측한다. 비디오전용계측기는흔히첫두가지방법을사용한다. 실시간오실로스코프를사용하여 SDI 신호의지터를계측할때유의해야할몇가지사항을간략히다루기위해세번째방법에대해서도설명한다. 이런일반적인설명에서지터계측에차이를발생시킬수있는이들방법의몇가지주요특징을다루도록하겠다. 계측기술이나특정계측기의기능및성능을깊이있게다루지는않을것이며서로다른계측기로계측한지터를비교할때고려할몇가지주요요소만설명하기로한다. 25

26 작동및주파수응답이방법에서는복구된클럭을사용하여입력 SDI 신호의등가시간아이다이어그램을구성한다. 이복구클럭은협대역위상동기루프 (PLL) 대역폭이하의지터주파수 ƒnb를추적한다. 복구클럭에있는이저주파지터는입력신호에있는해당저주파지터를보상한다. 결과적으로아이다이어그램에는 ƒnb 이상의스펙트럼성분이있는지터만포함된다. 올바르게구성된경우 (4.4.1절참조 ) 협대역 PLL은타이밍지터 ( 그림 13) 또는동기지터 ( 그림 14) 를계측하기위해지정된고역특성을실현할수있다. 지터계측을자동화하기위해계측기는전이탐지에사용되는결정임계값에가까이있는등가시간아이의신호샘플을탐지한다. 그런다음계측기는각샘플에대해신호샘플과아이크로스오버포인트사이의시간차를계산한다. 신호샘플은실제에지위치에해당되고아이크로스오버포인트는이상적인에지위치에해당된다. 계산된차이는실제신호에지, 즉신호지터샘플의위상변동량과같다. 계측기는몇개의에지샘플에대해이런지터진폭계측결과를표시한막대그래프를만들어이막대그래프의폭을첨두치지터진폭으로보고한다. 그림 21은 HD-SDI 신호에서이방법을사용하여만든등가시간아이패턴을나타낸것이다. 또한이그림은지터진폭계측결과의전형적인막대그래프와관련된수집윈도우도보여준다. 이예에서막대그래프의폭은 187ps 이다. HD-SDI 신호에대한단위간격은 673ps이다. 따라서이신호에대해계측된첨두치지터진폭은 187/673 = 0.278UI이다. 전이탐지등가시간아이방법에서계측기가지터진폭계측에사용되는아이샘플을선택할때전이탐지가발생한다. 첨두치지터진폭계측에듀티사이클종속성지터가추가되는것을피하려면막대그래프수집윈도우를전이탐지를위한최적의결정임계값과맞추어야한다 (4.2절참조 ). 또한막대그래프윈도우의높이가아이높이의 5% 를넘으면안된다. 그렇지않으면신호전이의유한한상승및하강시간이듀티사이클종속성지터를유발하는아이의윗부분과아래부분에서수집한에지샘플이계측프로세스에포함된다 (4.2절참조 ). 그림 21. 첨두치지터의막대그래프계측대칭형 SDI 신호의경우막대그래프윈도우를아이다이어그램중간에수직으로중심을맞추면일반적으로최적의전이탐지결과가나온다. 상승및하강시간이비대칭적인 SDI 신호에경우크로스오버포인트는아이에서수직으로중심이잡히지않는다 ( 그림 19). 이런신호의경우아이의중간에중심을맞춘막대그래프윈도우를이용한첨두치지터진폭계측결과에는일부듀티사이클종속성지터가포함된다. 계측되는값은아이의크로스오버포인트를통과하는최적의결정수준에중심을둔막대그래프윈도우를이용하여계측하는값보다크다. 계측프로세스에서교류결합효과를보상하지않는경우에는아이다이어그램이공칭위치에서이동할수있다 (2.11절참조 ). 공칭아이다이어그램의중간에막대그래프수집윈도우를고정시킨상태에서는이런이동으로인해듀티사이클종속성지터가발생하게된다. 보상을해주더라도이퀄라이저스트레스패턴이있는이상 SDI 신호는아이다이어그램을상당히많이이동시키고첨두치지터진폭계측값을증가시키는듀티사이클종속성지터를추가할수있다. 등가시간아이다이어그램에서주아이다이어그램바깥에 " 플라이어 (flyer)" 포인트가있다는것은교류결합효과때문에신호레벨이이동했음을나타낸다. 26

27 다이내믹레인지등가시간아이방법에서는신호의실제전이에관해서가아니라가장가까운아이크로스오버포인트에관한전이시간의변동이계산된다. 따라서이런변동의절대값은샘플중일부가실제로는이상적위치에서 0.5UI 이상변동한전이로부터수집된것이라할지라도 0.5UI를넘을수없다. 그래서그림 20에나타낸방법으로는 1UI 이상의첨두치진폭을가진지터를정량적으로파악할수없다. SMPTE RP 192에는그림 20에나타낸방법의대안이설명되어있는데, 이대안을통해 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할수있다. 하지만이방법에서는아이다이어그램을만들때입력신호를사용하지않는다. 그대신입력신호를두번째로추출된클럭신호로대체한다. 이방법은위상복조방법과몇가지특징이같으므로 절에서이방법에대해간략히설명하도록하겠다. 샘플링, 샘플링속도, 커버리지지터진폭계측결과를나타낸막대그래프에대한수집속도는등가시간아이샘플링속도에한참못미친다. 계측프로세스에서는첨두치진폭계측에듀티사이클종속성지터가추가되지않도록하기위해작은막대그래프윈도우를사용해야하므로아이샘플중적은비율만이수집윈도우내에포함된다. 수동계측수동지터계측을위해다음과같은특징을가진신호샘플에세로형태의커서가놓인다. 아이크로스오버포인트를연결하는선 ( 최적의결정임계값 ) 위에놓이거나그선에매우가까운신호샘플 지정된시간주기동안크로스오버포인트의왼쪽과오른쪽으로가장멀리있는신호샘플단위간격으로분할되는커서판독치간의차이는 UI 단위로나타낸첨두치지터진폭과같다. 지터진폭이큰샘플의밀도가낮거나가시성이낮기때문에신호지터전체를포괄하도록커서를배치하기어려울수도있다. 예를들어아이샘플의 2.5% 만이막대그래프윈도우내에든다고가정하자. 계측기가 10MS/s의속도로등가시간아이다이어그램에샘플을추가하는경우계측기는 250kS/s의속도로막대그래프값을수집하게된다. 따라서막대그래프수집프로세스는신호지터의저속샘플링에해당된다. 결과적으로첨두치지터진폭을적절히캡처하는막대그래프를채우려면오랜시간관찰해야한다. 신호디스플레이이단원에서설명한대로수집된막대그래프하나에는폭넓게분리된신호에지에서받은지터샘플이포함된다. 이런막대그래프값으로부터는지터파형또는스펙트럼디스플레이를의미있게구성할수없다. 아이디스플레이를사용하여지터동작에대해몇가지정성적평가를할수있다. 아이가감기는것은첨두치지터진폭을나타내고아이디스플레이의패턴은결정성지터가있음을나타낸다. 27

28 그림 22. 위상복조방법 전이탐지와다이내믹레인지 위상탐지 / 복조 : 위상복조방법그림 22는위상복조방법을나타낸것이다. 작동및주파수응답광대역클럭복구회로는디지털신호에서클럭 x를추출한다. 이클럭은클럭복구대역폭 ƒcr까지입력신호의지터를추적한다. 협대역 PLL은클럭 x에서기준클럭 y 를유도한다. 클럭 y에는 ƒnb 미만의주파수를가진지터성분만포함된다. 위상탐지기는 x와 y 사이의위상차이에비례하는 z 신호, 즉복조된지터신호를생성한다. 이신호에는 ƒnb와 ƒcr 사이의주파수를가진지터성분이모두포함된다. 이후단계에서는 z 신호의첨두치값을계측한다. 주파수응답이올바른경우협대역 PLL은타이밍지터 ( 그림 13) 또는동기지터 ( 그림 14) 를계측하기위해정의된대역통과의저주파특성을인식한다. 또는위상탐지기와첨두치계측단계사이에삽입된고역필터가이런필수제한사항을구현할수있다. SMPTE 표준에지정된고주파대역통과특성을인식하기위해서는클럭복구하드웨어의루프대역폭 ƒcr이 SDI 신호입력클럭속도의최소 1/10 이상이되어야한다. 실제로클럭복구하드웨어는 SDI 신호에대해이렇게높은루프대역폭을달성할수없다. 루프대역폭은신호에있는에지수에따라결정되고일반적인 SDI 신호의에지수는충분하지않다. 합당한수준에서얻을수있는루프대역폭은데이터클럭속도의 1/10에훨씬못미친다. 따라서위상복조방법을이용해서는표준에서정한고주파대역통과특성을실현할수없다. 입력 SDI 신호에 ƒcr과클럭속도의 1/10 사이의주파수를가진지터성분이포함된경우이방법으로계측된첨두치진폭은저역특성을완전히실현한방법을이용한계측결과보다낮을수있다. 위상복조방법에서전이탐지는클럭복구중에이루어진다. 4.2절에설명한비대칭적신호입력을둘러싼문제도이방법을이용한지터계측에영향을미칠수있다. 위상탐지기에서사용할수있는다이내믹레인지는클럭사이클 1주기를넘지않지만위상복조방법을이용하면 x 및 y 클럭신호의주파수를분할하여 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할수있다. 주파수를분할하면클럭주기, 즉단위간격의크기가증가하지만클럭에지의지터진폭은그대로유지된다. 분할비율을알맞게선택한경우원래클럭주파수에대해 1UI보다훨씬큰지터진폭이새클럭주파수에대한 1UI 미만의진폭에상응하게된다. 이제위상탐지기는이런낮은주파수클럭에서지터신호를성공적으로분리할수있다. 복조된지터신호의스케일을다시설정하면이런진폭이실제단위간격에대해적당한지터진폭으로다시변환된다. 샘플링, 샘플링속도및커버리지이전에는위상복조방법을구현할때아날로그피크탐지기능을사용하여그림 22의 z 신호의첨두치진폭을계측했다. 하지만이후에는디지털버전으로된위상탐지기출력의첨두치지터진폭을계측한다 (4.5.1절참조 ). 샘플링속도는이렇게대역이제한되는복조된지터신호에대해 2 x ƒcr의 Nyquist 기준을만족한다. 일반적인샘플링속도에서이방법을이용하면짧은시간에매우많은지터샘플을수집할수있다. 위상복조방법에서는위상탐지기출력을연속적으로모니터링한다. 첨두치진폭계측에는계측윈도우내에서이신호에발생하는단속지터스파이크와가끔발생하거나비주기적으로발생하는다른지터동작이포함된다. 28

29 자동지터계측기능을이용할때는많은계측기가계측된첨두치지터진폭에서지터노이즈플로어를보수적으로판단하여그만큼을뺀다 (4.6절참조 ). 이경우에는자동계측결과가그에상응하는수동계측결과에비해현저히작아질수있다. 이런차이는위상복조방법과함께사용가능한지터파형디스플레이에서계측한결과뿐만아니라수동으로계측한모든첨두치지터진폭때문에발생할수있다. 등가시간아이방법으로 1UI 그림 23. 텍트로닉스 WFM700M의지터파형디스플레이신호디스플레이그림 23에나타낸바와같이, 위상복조방법을이용하면위상탐지기출력에서복조된지터신호가지터파형디스플레이로나타날수있다. 이예에서세로눈금은표준화된단위 (UI) 로나타낸지터진폭을표시한다. 스윕레이트는비디오필드 2개와같고디스플레이에는비디오필드레이트와상관된지터가분명히표시된다. 지터신호를볼수있는이런직접적이고심도깊은뷰는비디오장비의지터성능을특성화하고비디오분배시스템에발생하는지터관련문제를진단하는데특히유용하다. 이상의지터진폭계측 4.3.1절에서언급한바와같이, SMPTE RP 192에는 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할수있는대체등가시간아이방법이설명되어있다. 위상복조방법과마찬가지로, 이접근방법에서는입력신호에서 x와 y 클럭을추출하여그주파수를나눈다. 이신호를위상탐지기에대한입력으로사용하는대신, 이방법에서는 y 클럭을사용하여 x 클럭신호에서아이다이어그램을구성하는오실로스코프를트리거한다. 이대체등가아이방법을이용하면협대역 PLL의대역폭과광대역클럭복구회로의대역폭사이의지터주파수에대해 1UI 이상의첨두치진폭을계측할수있다. 지터파형을주파수영역으로변환하면지터를이해하는데중요한또다른도구인지터스펙트럼디스플레이가나타나게된다. 위상탐지기출력으로부터만들어지는지터파형및스펙트럼디스플레이에는 ƒnb와 ƒcr 사이의지터주파수에대한정보가포함된다. 수동계측수동지터계측을위해지터파형의 (+) 및 (-) 피크에가로형태의커서가놓인다. 커서판독치간의차이는 UI 단위로나타낸첨두치지터진폭과같다. 그림 22에나타낸것과같이, 위상탐지기출력신호를사용하여지터파형디스플레이와지터신호출력을구성한다. 이신호에는지터계측프로세스의이전단계에서추가된내부지터가모두포함된다. 지터파형디스플레이를이용한수동첨두치지터진폭계측결과에는이내부지터가포함된다. 지터신호출력에대한임의의디스플레이또는계측결과에는이내부지터에의한영향도포함된다. 29

30 그림 24. 실시간획득방법 위상탐지 / 복조 : 실시간획득방법그림 24는지터계측을위한실시간획득방법의몇가지주요프로세스를나타낸것이다. 방법과주파수응답개요계측기가우선단일트리거이벤트로부터획득레코드를캡처한다. 신호처리소프트웨어가전이를탐지하고데이터신호에서전이를위한이상적인위치를정의하는기준클럭을추출한다. 이기준을설정한후계측기는데이터신호의각전이에대해 TIE(time interval error, 시간간격오류 ), 즉실제위치와이상적위치사이의시간차를계측한다. 통계작업 (Statistics) 단계에서 TIE 계측결과수집을분석하고다양한특성을결정한다. 특히, 이단계에서는복구된기준클럭에관해획득레코드에있는지터의첨두치진폭과같은, 최대및최소 TIE 값사이의차이가계산된다. 기준클럭을추출하는데사용되는신호처리는다른클럭복구알고리즘을구현할수있다. 이런클럭복구알고리즘은타이밍및동기지터계측결과에서원더를제외시키는능력에차이가있다. 그림 13과그림 14에나타낸고역필터특성을실현하는데는추가적인필터링이필요할수있다. 현재사용가능한획득레코드크기를이용하여단일획득레코드는동기지터계측을위해지정된대역통과내에서지터주파수를캡처할수있다 ( 그림 14). 타이밍지터계측 ( 그림 13) 을위해지정된 10Hz 저주파모서리까지의스펙트럼성분을계측하려면여러차례의획득을통해수집되는 TIE 계측이필요하다. 이런 TIE 계측에는획득간간격에서신호지터에대한정보는전혀포함되지않는다. 전이탐지와다이내믹레인지일반적으로전이탐지와클럭복구에사용되는파라미터는조정할수있다. 특히, 에지탐색프로세스에사용되는결정수준을변경하면비대칭적 SDI 신호에대한지터계측을조정할수있다. 또한실시간획득방법에서는 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할때클럭분할과같은특별한구성이필요하지않다. 샘플링, 샘플링속도및커버리지 TIE 계측은지터신호가같은간격으로배치된샘플은아니지만복조된지터신호의샘플에해당된다. 그림 25는 TIE 계측과지터샘플간대응성을나타낸것이다. 획득레코드크기도이방법의주파수응답에영향을미친다. 특히, 획득레코드크기는타이밍지터계측에영향을미친다. 예를들어계측기가 SDI 신호를 10GS/s에서 SDI 신호를샘플링하고이들샘플을 64MB의획득레코드로저장한다고가정하자. 이획득은 6.4ms의시간간격또는 160Hz 지터의한주기보다약간더긴시간간격에해당된다. 이레코드를사용한첨두치타이밍지터진폭의계측에는주파수가 160Hz 미만인지터에있는임의의스펙트럼성분의전체사이클이포함되지않는다. 30

31 그림 25. TIE 계측과지터샘플 획득레코드간의간격때문에이디스플레이는단일레코드에서캡처할수없는저주파지터성분을정확히나타낼수없다. 데이터획득에사용되는높은샘플링속도로인해실시간획득방법은입력 SDI 신호의형태를결정할수있다. 특히, 실시간아이다이어그램이나신호파형디스플레이에실제에지전이를표시할수있다. 엔지니어는다양한디스플레이에서 " 확대 " 기능을이용하여다양한스케일에서획득레코드의다양한부분에있는신호데이터를조사할수있다. 엔지니어는이기능을사용하여특정지터동작을 SDI 입력신호의데이터패턴이나다른신호특성과상관시킬수있다. 이그림은기준클럭, 정현파지터가있는데이터신호, 클럭속도에서취한지터신호의샘플을나타낸것이다. TIE 계측은빨간색으로표시한샘플에해당된다. 검은점선으로표시된샘플은데이터신호가이샘플포인트에서전이가없기때문에대응되는 TIE 계측이없다. 이런 " 놓친 " 샘플의값은실제 TIE 계측으로부터보간할수있다. 실제및보간된 TIE 계측결과를조합한집합은데이터클럭속도로복조된지터신호를샘플링하는것에대응된다. 이 유효 샘플링속도는주파수가데이터클럭속도의 1/10 미만인지터신호의스펙트럼성분에대한 Nyquist 기준, 즉타이밍또는동기지터를계측하기위한최소고주파모서리포인트보다훨씬높다. 이런샘플링속도에서실시간획득방법을이용하면짧은지속시간에매우많은 TIE 계측결과를수집할수있다 절에서설명한절차를사용하여실시간아이또는등가시간아이중하나에대해세로형태의커서를이용하여수동지터계측을실시할수있다. 많은계측기에서는 SDI 신호의진폭노이즈와지터를모두특성화하는데도움이될수있는아이마스크테스트와다른분석도구도제공한다. 실시간획득방법에서는단일획득레코드의시간범위보다긴지속시간에걸쳐지터신호를연속으로모니터링할수없다. 이방법에서는획득중에발생하는임의의단속지터스파이크와다른임시또는비주기적지터동작을탐지할수있지만획득간간격중에발생하는동작은캡처하지않는다. 신호디스플레이와수동계측그림 24에나타낸플로팅하위시스템 (plotting subsystem) 은 TIE 계측을그래픽으로나타낸여러가지뷰를생성할수있다. 특히, 이단원에서는위상복조방법과함께사용할수있는지터파형디스플레이와동등한 TIE 계측의시간에따른추세를나타낸그래프를만들수있다. TIE 계측결과에푸리에변환을적용하면지터스펙트럼디스플레이가만들어진다. 지터파형과스펙트럼디스플레이에는단일획득레코드에적절히캡처될수있는지터주파수에대한정보가포함된다. 31

32 위상탐지 / 복조방법 등가시간아이위상복조실시간획득 작업 등가시간아이에서캡처된넓게분리된에지에서획득한샘플을사용하여개별에지변동계측 클럭복구대역폭에의해대역이제한된복구클럭을사용하여입력신호로부터기저대역지터신호복조 하나이상의획득에서캡처된모든에지에대해개별에지변동계측 주파수응답 주파수관련제한사항없음 클럭복구대역폭은고주파지 터계측에영향을미침 획득레코드크기는저주파지터계측에영향을미침 다이내믹레인지일반적으로 1UI 미만일반적으로 1UI 이상 1UI 이상 기저대역지터변조샘플링 커버리지 스타일 등가시간 실시간 실시간 일반속도 < 1.5MS/sec 5-20MS/sec 일반적으로데이터속도의 25% ~ 50% 관찰시간에따라낮은샘플 대역이제한된복조지터신호 획득레코드내에전체커 밀도는단속지터동작에서기 ( 위상탐지기출력 ) 를연속적 버리지, 레코드간간격에 여하는부분을잃을수있음 으로모니터링 커버리지없음 신호디스플레이 막대그래프데이터에서지터파형또는스펙트럼디스플레이를구성할수없음 대역이제한된복조지터신호의지터파형과스펙트럼디스플레이를만들수있음 단일획득레코드내에서 TIE 계측으로부터지터파형과스펙트럼디스플레이를만들수있음 표 3. 지터사양요약 위상탐지 / 복조 : 방법요약이단원에서설명하는 3가지위상탐지 / 복조방법에대해표 3에첨두치지터계측에가장큰영향을주는주요특성을요약해두었다. 32

33 이분석을위해협대역 PLL과클럭복구의저역전달함수를 S 영역표현식을다음과같이정의한다. 여기서 그림 26. 위상복조방법의수학적흐름도 4.4. 계측필터위상탐지 / 복조방법의차이로인해타이밍및동기지터를계측하기위해지정된대역통과제한을실현하는데있어서의차이가생긴다 ( 그림 13, 그림 14). 이단원에서는이런차이를간단히수학적으로분석해본다. 또한지터계측에미치는필터정확성의영향도설명하겠다. H3(s) 는 3차협대역 PLL의전달함수이고 H4(s) 는 1차광대역클럭복구프로세스의전달함수이다. a3 및 a4로선택한값은 HD-SDI 신호상의동기지터를계측하기위한대역통과사양을실현한다. 전체전달함수는다음과같다 필터실현위상복조방법에대한분석부터시작하겠다. 그림 22에나타낸바와같이이방법은 2개의위상동기루프, 즉광대역클럭복구 PLL과협대역 PLL을사용한다. 이로인해분석이약간더복잡해진다. 그림 26은그림 22에대응하는위상처리를수학적으로나타낸흐름도이다. 입력신호의위상을 θin이라하고 x 및 y 클럭의위상을각각 θx와 θy라한다. 클럭복구의저역전달함수는 H4(s) 이고협대역 PLL의저역전달함수는 H3(s) 이다. 이두전달함수를조합하면타이밍및동기지터를계측하기위한주파수제한을만족하는대역통과함수 H(s) 가만들어진다. 33

34 그림 27. 그림 26에서 H3(s), H4(s) 및 H(s) 의주파수응답이전달함수들의주파수응답이그림 27에그려져있다. 1 에서저역함수 H3(s) 를빼면고역함수 H(s) 가나온다. H(s) 의주파수응답과그림 14의주파수응답을비교한다. a4를선택하면 ƒ4가 HD-SDI 신호의 1.485GHz 클럭속도의최소 1/10 이상이되어야한다는 SMPTE 292M 사양을만족할수있다 절에설명한바와같이, SDI 신호에충분한에지가없기때문에클럭복구하드웨어는이루프대역폭을달성할수없다. 위상복조방법을실제로구현할경우 a4는클럭복구대역폭에의해결정되는더작은값이된다. 이접근방법을사용하여같은구현방식을통해타이밍지터나동기지터중하나를계측할수있다. 그림 26의모델에서 H4(s) 를제거하면등가시간아이방법에대한위상처리의수학적흐름도가만들어진다 ( 그림 20). IEEE 표준 1521을준수하려면이방법에서협대역 PLL에같은저역전달함수가필요하다. 그러면다음과같이전체전달함수 H(s) 에대한고역전달함수가유도된다. 이런상황이반드시위상복조방법을이용한계측결과가다른방법을이용한계측결과보다낮을것임을암시하는것은아니다. 많은 SDI 신호의지터스펙트럼에는흔히사용되는클럭복구대역폭이상의큰에너지가포함되지는않는다. 이경우위상복조방법을이용한계측결과가다른방법을이용한계측결과와거의일치할수있다 ( 부록 A). 3차협대역 PLL이있는 H(s) 의고역슬로프는그림 14에표시된최소 40dB/decade 사양보다빠르게상승한다. 그대신 H(s) 는원더를적절히제거하기위해그림 13에표시되어있고 IEEE 표준 1521에의해지정된 60dB/decade의고역슬로프를실현한다. 34

35 그림 28. 등가시간방법에대한전체전달함수 H(s) 의주파수응답 필터정확성 SDI 신호의원더성분을정확히제거하기위해 IEEE 표준 1521에서는타이밍지터계측을위한대역통과의고역모서리주파수 ƒ1이 10Hz ± 20% 여야한다고지정한다. 표준에서는 ƒ3와 ƒ4의정확성을지정하지않는다. 3.2절에설명한바와같이, 표준에서는대역통과슬로프의최소값을지정한다. 그림 13과그림 14에표시된슬로프는모든관련표준에서최소사양의조합을나타낸다. 주파수컷오프와슬로프에다른값을사용하면다른첨두치지터진폭계측결과를낼수있다. 변동량은지터신호의스펙트럼특성에따라다르다. 그결과는그림 28에나타낸것처럼고주파에서사실상롤오프가없는전체전달함수 H(s) 이다. 이응답은 ƒ4가최소한클럭속도의 1/10 이상이어야한다는사양과일치한다. a3가 2¹ (0.1MHz) 이면그림에나타낸응답에동기지터계측을위한 SMPTE 292M 요구사항을만족하는저주파컷오프가있다. 실시간획득방법에서계측필터단계를적절히구성하면그림 28과같은주파수응답을실현할수있다. 클럭복구알고리즘이 3차 PLL을구현할수있는경우에는 PLL 기반클럭복구소프트웨어를적절히구성해도이전달함수를얻을수있다. 그렇지않으면알맞은고역슬로프를실현하는데추가필터링이필요할것이다. 이방법을사용하면필터링및클럭복구알고리즘을적절히구성한상태에서그림 27의주파수응답도실현할수있다. 이런계측에서원더성분을제거할필요가있기때문에필터정확성은타이밍지터에특히큰영향을미친다. MPEG 디코더와같은일부비디오장치는원더성분이큰출력을낼수있다. 또한원더는비디오시스템을통한신호흐름으로쌓일수있다. 이런경우타이밍지터계측에대해지정된대역통과컷오프주파수와슬로프를실현할때의차이로인해첨두치진폭값이상당히달라질수있다. 특히, 최소 40dB/decade의원더제거에대해 SMPTE RP 192 사양에따르는대역통과로수행된계측결과는 60dB/decade의원더제거에대해 IEEE 표준 1521에따르는대역통과로수행된계측결과보다훨씬더커질수있다 (6.2.1절참조 ). 모든방법에대해협대역 PLL에서 a3 = 2¹ (10Hz) 로설정하면타이밍지터를계측하기위한대역통과제한을실현하는시스템전달함수가만들어진다 ( 그림 13). 35

36 4.5. 첨두치계측지터계측프로세스의마지막단계에서첨두치지터진폭이결정된다. 표준에서출력지터는첨두치양으로지정및계측되는것으로지정하고있지만계측을하는방법에대한지침은거의제시하지않는다 (3.6절참조 ). 지터계측결과에서볼수있는대부분의변동은프로세스중이단계를구현할때의차이로부터비롯된다 첨두치탐지방법등가시간아이방법과실시간획득방법에서는지터진폭값의수집에서최소값과최대값사이의차이를계산하여첨두치진폭을계측한다. 위상복조방법에서는대역이제한된복조지터신호의첨두치진폭 ( 위상탐지기출력 ) 을계측한다. 이전에는위상복조방법을구현할때아날로그피크탐지기능을사용했다. 이후위상복조방법구현에서는위상탐지기에서디지털방식으로신호를샘플링하여지터샘플의첨두치진폭을계측한다. 아날로그피크탐지에서는피크탐지기의어택타임이첨두치진폭계측의정확성에큰영향을미친다. 어택타임이짧으면피크탐지기가지터신호진폭의급격한변화를보다정확하게추적할수있다. 반대로어택타임이길면이런변화를추적할수없고진폭계측성능이떨어진다. 일반적으로디지털방식을이용하면실제첨두치값을보다정확하게계측할수있다 독립적지터샘플과표준화된계측시간 3.6절에서계측된첨두치지터진폭과계측시간사이의관계를간략히설명한바있다. 이관계를좀더깊이알아보기위해지터신호샘플링과관련하여 Nyquist 속도샘플링과독립적샘플이라는두가지개념을사용한다. 지터파형을포함하여지터신호에대해얻을수있는모든정보를수집하려면샘플링속도가최소한 Nyquist 속도이상이되어야한다. Nyquist 속도는 2 ƒjbw와같으며여기서 ƒjbw는 " 유효 " 지터신호대역폭이다. 위상복조방법의경우유효지터신호대역폭은광대역클럭복구프로세스의루프대역폭과같거나작다. 다른두방법에서그림 28에나타낸계측대역통과가실현되는정도까지유효지터신호대역폭은입력신호의가장높은지터주파수와같다. Nyquist 속도보다높은속도로수집된샘플집합에는지터신호를재구성하는데필요한정보가있을것이다. 사실, 이샘플집합에는지터신호에대해쓸데없을정도로많은정보가들어있다. 특히, 인접한샘플들은복조된지터신호의독립적샘플이아니다. 독립적샘플로이루어진작은하위집합에서큰샘플집합을구성할수있다. 전체샘플집합에있는인접한샘플에는어느정도의시간상관관계가있다. 5 Nyquist 속도보다낮은속도로수집된임의의지터샘플집합이전체지터신호를나타낼수는없다. 하지만평균, 편차및 RMS와같은위상변조의여러가지통계적특성을판단하는데는이집합만으로충분할수도있다. 최적의결과를위해서는 Nyquist 속도이하로수행되는이샘플링을통해독립적지터샘플집합이만들어져야한다. 독립적지터샘플수가충분한경우이집합을이용해허용가능한수준의통계적특성결과를낼수있다. 다음단원에서살펴보겠지만첨두치진폭계측에사용되는샘플링방법과독립적지터샘플수모두계측결과에상당히큰영향을미칠수있다. 지터계측방법이다르면독립적지터샘플을수집하는방법과속도도다르다. 따라서같은시간에걸쳐수행된여러가지방식의첨두치계측작업을통해같은수의독립적지터샘플이수집되지는않으므로그결과를쉽게비교할수없다. 그대신첨두치진폭계측지속시간이계측결과에어떤영향을미치는지설명하기위해사용된계측방법과는무관하게독립적지터샘플수를기준으로사용하기로한다. 계측시간 T 동안수집된독립적지터샘플수를표준화된계측시간이라부르도록하겠다. 그러면각계측방법에서특정한표준화된계측시간에해당하는독립적지터샘플수를수집하는데필요한실제계측시간을비교할수있다. 5 수학적으로풀이하자면, 복조된지터신호와관련된자동상관함수의첫번째제로 (0) 는 ± 1/ (2 ƒbw) 에서발생하며여기서 ƒbw 는신호의파워스펙트럼대역폭이다. 이시간간격으로분리된샘플은독립적이게된다. 즉시간상관관계가없어지게된다. 이간격보다작은간격을둔샘플은어느정도의상관성을지니게된다. 1/ (2 ƒbw) 의간격을둔샘플은 2 ƒbw 의샘플간격, 즉 Nyquist 속도와같아진다. 36

37 그림 29. 계측된첨두치지터진폭에미치는표준화된계측시간의효과 (J/rms) 실제계측시간 T에해당하는표준화된계측시간 N은 N = T min(s, 2 ƒjbw) 의식으로구한다. 이식에서 S는지터계측프로세스에서신호지터샘플을수집하는실제속도, ƒjbw는유효지터신호대역폭이고 min(x,y) 함수는두인수의최소값이다 랜덤지터의첨두치진폭계측우선랜덤지터의계측된첨두치진폭에미치는표준화된계측시간의영향을고려한다. 2.6절에서설명한바와같이, 랜덤지터는일반적으로가우시안진폭분포에의해모델화된다. 실제로는랜덤지터의첨두치진폭에는이확률분포와관련된 " 무한정한 " 특성이있다. 즉계측시간이증가하면계측된첨두치진폭도증가한다. 임의의랜덤프로세스에서계측결과는계측에사용되는독립적샘플수에따라달라진다. 무한정한특성을보다정확하게기술하자면랜덤지터의독립적샘플수가증가하면랜덤지터의계측된첨두치진폭이증가한다. 다시말해표준화된계측시간의증가에따라첨두치진폭계측결과도단조증가한다. 그림 30. 첨두치지터계측의일관성 ( 표준편차 σ) 에미치는표준화된계측시간의효과하지만첨두치진폭을여러번계측하면서같은수의독립적지터샘플을사용하는경우이들계측작업에서랜덤프로세스를샘플링하므로같은결과가나오지않는다. 다른샘플집합에는가우시안분포의다른지점에서수집한진폭이포함된다. 따라서여러차례의첨두치진폭계측결과에도랜덤변동이있게된다. 그림 30의빨간선은평균첨두치계측 (J) 에대한첨두치계측집합의표준편차 (σ) 의비를표준화된계측시간의함수로구성하여가우시안랜덤지터에대해이변동을표시한것이다. 독립적지터샘플수가증가하면이비는감소한다. 샘플집합이더크면랜덤지터를보다완벽히특성화할수있고여러번의계측에서보다일관된결과를낼수있다. 일반적인비디오신호에는결정성지터와랜덤지터가모두포함된다. 결정성지터와랜덤지터를모두포함한신호에대한 J/rms 및 σ/j 비는그림 29와그림 30의빨간선과일치하지않는다. 그림 29는가우시안랜덤지터 ( 빨간선 ) 에대한첨두치진폭과표준화된계측시간사이의관계를나타낸것이다. 이그래프는 RMS 지터진폭에대한첨두치계측 (J) 의비를표준화된계측시간의함수로나타낸것이다. 예상한대로그비는증가한다. 독립적지터샘플수를늘리면지터샘플집합의가우시안분포꼬리부분에서일부높은진폭값이포함될확률이높아진다. 그러므로 J는 RMS 값에따라증가한다. 가우시안분포에는무한정한첨두치진폭이있으므로이비율은독립적지터샘플수와함께계속증가하게된다. 37

38 그이유를알아보려면 A와 B의두신호를검토해보면된다. 여기서 A 신호에는가우시안과같은랜덤지터만있고 B 신호에는가우시안같은랜덤지터와결정성지터가모두있다. A 신호에있는랜덤지터의 RMS 진폭 (RMSA) 이랜덤및결정성성분모두에서수집한 B 신호내전체지터의 RMS 진폭 (RMSB) 과같다고가정한다. 이경우 B 신호의랜덤지터 (RMSBran) 의 RMS 진폭은 A 신호의랜덤지터 (RMSA) 보다낮아야한다. 그림 31의스케치는이두신호에대한첨두치지터진폭계측과표준화된계측시간사이의관계를나타낸것이다. A 신호 ( 녹색선 ) 에서는랜덤지터가모든표준화된계측시간에대한첨두치진폭계측을결정한다. 그림 29와일관되게, 표준화된계측시간이증가하면첨두치진폭계측결과가증가한다. B 신호 ( 파란선 ) 의경우유한정한결정성지터가어떤값 N 미만의표준화된계측시간동안첨두치지터진폭계측을지배한다. N보다큰표준화된계측시간동안은 B 신호에있는무한정한가우시안같은랜덤지터가첨두치지터진폭계측값을결정한다. RMSBran은 RMSA보다작으므로표준화된계측시간이증가할때 B 신호의첨두치지터진폭은 A 신호의첨두치지터진폭만큼빠르게증가하지않는다. JA는 A 신호에있는 1 x 10 4 개의독립적지터샘플의첨두치진폭이고 JB는동일한표준화된계측시간동안 B 신호의첨두치지터진폭이라고가정하자. A 신호에는랜덤지터만있으므로 JA / RMSA의비는그림 29의빨간선상에있게된다. B 신호의경우에는이와동일한비가빨간선아래에있게된다. RMSA = RMSB이고 JB < JA이므로 JB / RMSB 비는 JA / RMSA 비보다작다. 그림 31. A 및 B 신호에대한첨두치지터진폭이들그래프에나타나는바와같이, 가우시안분포또는혼합분포중하나로표현된지터값의분포를바탕으로 " 정확한 " 표준화된계측시간을정할수는없다. 표준화된계측시간이증가함에따라계측된첨두치진폭도계속증가한다. 계측된첨두치진폭은어떤특정한독립적지터샘플수이상에서는 " 안정화 " 되지않는다. 따라서다양한계측방법을이용해첨두치지터진폭을계측한결과가보다일관되도록하려면이런계측에사용되는독립적지터샘플수를표준에지정할필요가있다. 예를들어각각의방법에서일반적인비디오신호에서수집한 5 x 10 5 개의독립적지터샘플의첨두치진폭을계측한경우그림 30은계측값의표준편차가 2% ~ 2.5% 사이가될것이라고나타낸다. 따라서동일한표준화된계측시간동안랜덤지터만있는신호 (A 신호 ) 에대한 J/rms 비는그림 29의빨간선상에있게되는반면, 결정성지터와랜덤지터가모두있는신호에대한 J/rms 비는이빨간선아래에있게된다. σ/j 비도같은식으로움직인다. 부록 B에일반적인비디오신호예에대해첨두치지터진폭을계측하는실험이설명되어있다. 그림 29와그림 30의파란선들은이계측결과를그래프로나타낸것이다. 그결과는결정성지터가있는경우랜덤지터만있는신호에대한값에비해 J/rms 비와 σ/j 비가감소한다는이전의분석과일치한다. 38

39 계측시간각계측방법마다제각기다른속도로지터샘플을수집할수있다. 결과적으로, 샘플지속시간동안이루어진첨두치진폭계측에있어지터샘플수가상당한차이를보일수있다 절에나타낸바와같이, 다른표준화된계측시간에걸쳐이루어진계측결과는주로랜덤지터의무한정한특성때문에상당한차이가날수있다. 서로다른지터계측방법으로계측하더라도비교가능한결과를내려면동일한표준화된계측시간, 즉같은수의독립적지터샘플에대해첨두치지터진폭을계측해야한다. 이를위해서는실제계측시간이각기달라야할것이다. 한가지간단한예로각각의방법을이용하여 1 x 10 6 개의지터샘플을수집하는데필요한실제시간을고려해본다 절에서설명한바와같이, 등가시간아이방법에서는아이를형성하는데사용되는샘플링속도와막대그래프윈도우의높이에의해결정되는속도로막대그래프값을수집한다. 계측프로세스에서 5kS/s의속도로막대그래프값을수집하는경우 1 x 10 6 개의지터샘플을수집하려면 3.33분이걸린다. 250kS/s의속도에서는계측시간이 4초로감소한다. 따라서같은수의지터샘플에대해수행된첨두치진폭계측결과가같은수의독립적지터샘플, 즉동일한표준화된계측시간에걸쳐이루어진계측결과와반드시일치하지는않는다. 저주파지터가지터스펙트럼을지배하는경우보다넓은간격을지닌샘플집합으로동일한표준화된계측시간과일치시키려면더많은수의조밀한간격을지닌샘플이필요할수도있다 다이내믹레인지와지터값양자화 3가지지터계측방법을구현하면첨두치진폭계측의다이내믹레인지와양자화가다를수있다. 특히, 어떤구현에서는 1UI보다큰첨두치진폭을계측할수있는반면다른구현에서는최대 1UI까지첨두치지터진폭만계측할수도있다. 이두가지구현에서같은비트수를가진디지털워드로첨두치진폭계측결과를캡처하는경우다이내믹레인지가 1UI 이상인구현에서얻는값의양자화단계는다이내믹레인지가 1UI인구현에서얻는값보다더클것이다. 위상복조방법을디지털방식으로구현한경우에는대역이제한되는이신호에대해 Nyquist 속도나그이상의속도로위상탐지기의출력을직접샘플링한다. 계측프로세스에서 10MS/s의속도로샘플링하는경우에는대역이제한되는이복조지터신호의지터샘플 1 x 10 6 개를 100ms 만에수집할수있다 절에서설명한바와같이, 실시간획득방법에서는데이터신호의각전이에대해지터신호를샘플링하므로획득되는샘플수는획득중에발생한신호에지수에달려있다 Gb/sec의 HD-SDI 신호에서단위간격의 50% 에서전이가발생한경우에는이신호의 1.35ms에해당하는획득에서 1 x 10 6 개의지터샘플이획득된다. 인접한지터샘플간의시간상관정도는샘플과지터스펙트럼성분사이의간격에따라달라진다 (4.5.2절참조 ). 개괄적으로말하자면, 예컨대등가시간아이방법으로수집된샘플과같은넓게분리된샘플의시간상관관계는예컨대실시간획득방법으로수집된샘플과같이간격이더좁은샘플보다덜하다. 39

40 4.6. 지터노이즈플로어어떤지터계측방법을이용하더라도구현할때는반드시내부왜곡, 노이즈, 변동이생기기마련이다. 이런현상은필연적인물리적특성이나지터계측프로세스를설계및구현할때엔지니어가선택한조건으로부터기인하는것이다. 신중하게설계하면이런고유의동작으로인한영향을줄일수있지만완전히제거할수는없다. 이들요소는지터진폭계측의한계를낮추는역할을하며이를지터노이즈플로어라고한다. 계측프로세스의어떤단계라도지터노이즈플로어에기여할수있다. 지터노이즈플로어에주로기여하는요소로는다음과같은것이있다. 트리거지터 : 지터계측프로세스에서여러트리거에걸친획득으로부터샘플을수집하는경우이런트리거링프로세스의변동으로인해샘플링프로세스의타이밍에변동이생길수있다. 이런타이밍변동이지터노이즈플로어에기여할수있다. 시간축지터 : 샘플링및클럭복구와같은다양한프로세스에는안정적인타이밍기준이필요하다. 수많은구현에서수정발진기나유전체공진발진기를사용하여타이밍기준신호를생성한다. 이런발진기에서는위상노이즈나다른왜곡이지터노이즈플로어형성의원인이된다. 실리콘발진기는지터노이즈플로어에상당한시간축지터를일으킬수있다. 클럭복구지터 : 하드웨어기반클럭복구프로세스의왜곡과노이즈도지터노이즈플로어의원인이될수있다. 위상노이즈는랜덤지터발생에기여하고같은비트로구성된긴열은결정성의데이터종속성지터에기여할수있다. 이데이터종속성지터의첨두치진폭은클럭복구대역폭에비례한다. 부록 C에는 SMPTE 계측대역통과사양을실현하기에충분히큰클럭복구대역폭이상당한데이터종속성지터를유발한다는점이설명되어있다. 이퀄라이저지터 : 하드웨어기반균등화프로세스에서도랜덤및결정성지터성분이지터노이즈플로어형성에기여할수있다. 이프로세스에는불완전한균등화와최적이아닌임계값탐지에서발생한듀티사이클종속성지터로인한결정성데이터종속적 ISI가포함된다 (4.1절참조 ). 균등화에사용되는주파수종속성이득 (2.7절의그림 4 참조 ) 도지터를일으킬수있다. 이이득은미리균등화된신호에있는진폭노이즈를증가시킬수있다. 전이탐지단계에서결정임계값근처의진폭노이즈는탐지된신호에지에발생하는현저한위상노이즈 ( 지터 ) 의원인이될수있다. 이런 AM-PM 효과로인한고주파지터가노이즈플로어에기여한다. 40

41 방법 주요특징 등가시간아이 SDI 신호의등가시간샘플에서수집된지터값의막대그래프를사용하여첨두치지터진폭을계측한다. SMPTE에지정된대역통과제한범위내의모든지터주파수를계측할수있다. 대체버전으로 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할수있지만일반적인구현에서다이내믹레인지는 1UI 이다. 많은수의독립적지터샘플을수집하려면긴계측시간이요구된다. 위상복조 SDI 신호에서복구된두클럭신호의위상차이를탐지함으로써형성된대역제한복조지터신호를연속적으로샘플링하여첨두치지터진폭을계측한다. 일반적으로지터노이즈플로어를증가시킬수있는긴케이블상의지터를계측하기위한균등화단계가있다. SMPTE에지정된대역통과제한범위내에서최대루프대역폭이데이터클럭속도의 1/10에한참못미치는클럭복구회로의루프대역폭까지모든지터주파수를계측할수있다. 일반적인구현에서다이내믹레인지는 1UI 이상이다. 짧은계측시간동안많은독립적지터샘플을수집할수있다. 위상탐지기출력, 즉대역이제한된복조지터신호의지터파형과지터스펙트럼을표시할수있다. 위상탐지기에서연속적이고대역이제한된복조지터신호출력을공급할수있다. 실시간획득실시간으로 SDI 신호를샘플링하여획득한하나이상의고정크기레코드에서각신호전이에대한시간간격오류를계산함으로써첨두치지터진폭을계측한다. 저주파한계까지계측하려면여러차례획득해야하는 SMPTE에지정된대역통과제한범위내의모든지터주파수를계측할수있다. 1UI 이상의첨두치지터진폭을계측할수있다. 짧은계측시간동안많은독립적지터샘플을수집할수있고표준화된계측시간을달성하려면여러차례획득작업을해야한다. TIE 계측으로부터지터파형과지터스펙트럼을생성할수있다. 지터를신호데이터에상관시킬수있다. 표 4. 지터계측방법비교 4.7. 지터계측방법비교표 4는서로다른계측방법의주요특징을요약한것이다. SDI 신호의지터특성에따라표에서설명한방법간의차이로인해첨두치지터진폭계측결과가다를수있다. 다음예는이들방법으로수행한지터계측결과를비교할때고려할여러가지요인을설명한것이다. 지터계측비교 : 정현파지터어떤 SDI 신호에 RMS 진폭이매우낮은랜덤지터와첨두치진폭이 1UI 미만인 1MHz 정현파지터가있다고가정하자. 이신호에대해각방법마다비슷한첨두치지터진폭을계측할것이다. 계측에사용되는양자화단계나지터노이즈플로어의차이로인해약간의변동이발생할수있다. 41

42 지터계측비교 : 고진폭지터같은 SDI 신호를살펴보지만이번에는첨두치진폭이 1UI 이상인신호라고가정하자. 위상복조방법과실시간획득방법의일반적인구현에서는이런고진폭지터를탐지하고비슷한값으로계측할것이다. 하지만등가시간아이방법의일반적인구현 ( 그림 20) 에서는 1UI보다큰지터진폭을탐지할수없다. 지터계측비교 : 고주파지터이비교를위해 SDI 신호의정현파지터가이번에는첨두치진폭이 1UI 미만인 25MHz 정현파지터라가정한다. 등가시간아이및실시간획득방법의일반적인구현에서는이신호에대한첨두치지터진폭을계측할수있다. 등가시간아이방법을구현할때트리거지터를비롯한높은지터노이즈플로어가있을수있다. 따라서이방법에서는약간더높은값이나올수있다. 위상복조방법의일반적인구현에서클럭복구대역폭은 25MHz 미만이다. 첨두치진폭계측에는이런고주파지터의기여도는포함되지않고더작은첨두치진폭계측결과가나올것이다. 지터계측비교 : 저주파지터다음은첨두치진폭이 1UI 미만인 10Hz 정현파지터가있는 SDI 신호를살펴보자. 3가지방법을이용해타이밍지터계측에대해지정된대역통과의고역특성이올바르게구현되는한이신호에대해서는유사한첨두치지터진폭을계측할수있다. 실시간획득방법에서단일획득으로는이변동의한부분만캡처되므로이방법에서는여러차례의획득을거쳐 TIE 계측결과를획득할필요가있다. 지터계측비교 : 원더이제 SDI 신호에는 10Hz 이상의결정성지터가전혀포함되어있지않지만높은진폭의원더성분, 즉 10Hz 미만의주파수에서발생하는타이밍변동이있다고가정한다. 이원더성분은어떤방법을사용하여첨두치진폭계측결과를얻었든상관없이그결과에영향을줄수있다. 어떤방법을사용하든한번의구현에서 10Hz 미만의주파수가 40dB/decade 감쇠되는대역통과필터를실현하고또다른구현 ( 역시방법에는무관 ) 에서 IEEE 표준 1521에서지정한 60dB/decade의슬로프를실현한다고가정한다. 첫번째구현에서는두번째구현만큼고진폭원더성분이잘제거되지않고첨두치진폭계측결과가더높을것이다 (6.2.1절참조 ). 지터계측비교 : 격리된지터스파이크정현파지터대신, SDI 신호의결정성지터가교류지터스파이크로구성되어있고이스파이크는폭이 300µs이고진폭은 0.1UI보다약간높으며 32ms로분리된다고가정한다. 3.6절에설명한바와같이, SMPTE 표준에서는계측시간을지정하지않기때문에이지터에대한 " 정확한 " 첨두치진폭계측에두지터스파이크가모두포함되어야하는지명확하지않다. 이예의경우표준에서의미하는바는이런상황에서계측된첨두치지터진폭이 0.2UI 근처여야하는것으로해석한다. 64ms 이상의시간간격에서첨두치지터진폭을계측한위상복조방법의구현에서는 0.2UI 근처의결과가나오게된다. 등가시간아이방법을이용하는경우수집된막대그래프와짧은관찰시간동안재설정하는계측에는양쪽피크에서수집한샘플이포함되지않으며 0.2UI 미만의첨두치진폭값이나오게된다. 더긴관찰시간동안더많은샘플을수집하면결국 0.2UI 근처의결과가나오게되는양쪽지터피크로부터수집한샘플이포함되는막대그래프를얻게된다. 현재의획득레코드크기로는실시간획득방법을구현하여단일획득에서양쪽지터피크를모두캡처할수없다. 여러차례획득하여횟수를충분히늘리면양쪽지터피크로부터샘플이수집될가능성이커지고 0.2UI 근처의결과를얻게된다. 적은수의획득에대해계측한결과에는양쪽피크로부터수집된샘플이포함되지않을수있고그러면더낮은첨두치진폭값이나온다. 충분한수의샘플을획득하고처리하는데필요한실제시간은개별획득과획득간간격을처리하는시간이결합된지속시간에따라결정된다. 지터계측비교 : 케이블감쇠로인한심벌간간섭다음과같이가정한다. (1) SDI 신호원의출력에지터가거의없다. (2) 이출력은 SDI 수신기에대한비리클러킹비디오장비여러대와긴케이블을통해라우트된다. (3) 수신기입력부에서신호에포함된지터를계측하려고한다. 42

43 SDI 수신기에는케이블감쇠효과를보상하는케이블이퀄라이저가있다. 신호디코딩에영향을미칠신호지터를평가하려면계측프로세스에서케이블감쇠에따른 ISI로인한데이터종속성지터를제외시켜야한다. 그림 16에나타낸것과같이균등화프로세스를구현하거나신호처리알고리즘을사용하여데이터종속성지터성분을분리하여제거하면된다. 이지터를제외시키지않는계측프로세스를실행하면더큰첨두치진폭계측결과가나오게된다. 이런고려사항들을근사적으로모두고려한관찰시간에서는본안내서에서설명한어떤방법을쓰더라도비슷한표준화된계측시간동안첨두치지터진폭을계측할수있고일관되고비교가능한결과를낼수있다. 이런요인들을고려하지않으면 SDI 신호의랜덤지터로인해첨두치지터진폭계측값이상당히달라질수있다. 지터계측비교 : 짧은케이블에서의 지터계측 이제같은계측프로세스를사용하여짧은케이블에서앞의예와같은 SDI 신호원의출력을직접계측한다고가정하자. 가정에따라소스출력에는지터가거의없으므로이계측프로세스의지터노이즈플로어가첨두치지터진폭계측결과를결정하게된다. 하드웨어기반의균등화단계가있는프로세스에서는케이블이퀄라이저가지터노이즈플로어의원인이되므로더큰결과가나올수있다. 지터계측비교 : 랜덤지터모든 SDI 신호에는일정량의랜덤지터가있고랜덤지터는주로지터계측결과의변동을일으킨다 절에서 4.5.4절까지본질적으로무한정한이지터성분의첨두치진폭계측에영향을주는여러가지주요고려사항이설명되어있다. 특히, 다음사항에유의한다. 계측된첨두치지터진폭은계측에사용되는독립적지터샘플수에따라결정된다. 같은수의독립적지터샘플에대한첨두치지터진폭계측에서는일치하는결과가나올것이다. 더많은표준화된계측시간, 즉더많은독립적지터샘플을사용하면계측결과의변동성이낮아지게된다. 관찰시간이같더라도각방법마다수집하는지터샘플수는다르다. 지터샘플의간격과지터의스펙트럼성분에따라같은수의지터샘플을이용한계측결과가동일한표준화된계측시간, 즉같은수의독립적지터샘플에대해계측한결과와반드시일치하지는않는다. 43

44 5.0 데이터오류율과지터계측 4.0절에서계측프로세스와기술의차이가어떻게첨두치지터진폭계측결과의차이로이어질수있는지살펴봤다. 같은 SDI 신호에대해두가지다른방법으로계측한결과에상당한차이가있을수있다. 사실, 같은지터계측방법을사용하더라도여러차례구현해보면같은 SDI 신호에대한계측결과가상당히다를수도있다. 각방법에는저마다강점과한계가있다. 4.7절의비교에서는한가지지터계측방법만으로는어떤것도지터특성의폭넓은변동을완전히캡처할수없다는점을살펴보았다. 또한랜덤지터때문에계측된첨두치지터진폭은계측시간, 보다정확히말하자면첨두치값을결정하는데사용되는독립적지터샘플수에따라달라진다. 따라서한가지지터계측방법으로단한차례첨두치진폭계측작업을수행하여비디오시스템의지터와그것이시스템작동에미치는영향을판단할수는없다. 엔지니어는지터를완전히특성화하려면지터계측방법을최적의방식으로조합하여사용할필요가있다. 사실, 다른방법을사용한계측결과와비교한편차를보면지터특성에대한유용한정보를얻을수있다. 이주제에대해서는 7.0절에서좀더깊이논의하도록하겠다. 랜덤지터와데이터오류율간의관계때문에엔지니어는첨두치지터진폭을계측하는데사용되는독립적지터샘플수도고려할필요가있다. 이단원에서는적은수의독립적샘플에대한계측을통해고진폭랜덤지터로인해가끔발생하는데이터오류가능성을평가할수없음을보여준다. 그림 29에서 Source A의출력에있는 1 x 10 3 개의랜덤지터의독립적샘플은첨두치진폭이근사적으로 J = 6.5 rms = = 0.08UI인반면, Source B의출력에서같은수의샘플의첨두치진폭은근사적으로 0.13UI인것을알수있다. 라우팅장비에서발생하는추가적인동기지터를고려하면 Source A에서수집된신호의동기지터는수신기입력에서첨두치진폭이 0.28UI가된다. Source B에서수집된신호의동기지터는수신기입력에서첨두치진폭이 0.33UI가된다. 따라서어느한쪽의 SDI 소스로부터수집한신호에대해수신기입력의신호지터는 10 3 비트에서 1보다큰속도로 0.4UI를넘지않을것이다. 즉이시스템의 BER은 1 x 10-3 미만이된다. 하지만샘플수가많아지면이런상황이바뀐다. 1 x 개이상의샘플에대해 Source B의출력에있는랜덤지터의첨두치진폭이 J = 13 rms = = 0.26UI인반면, Source A의출력의첨두치진폭은 0.16UI에가까운수준이다. 라우팅장비에서발생하는추가적인동기지터를고려하면 Source B에서수집된신호의동기지터는이제수신기입력에서첨두치진폭이 0.46UI가된다. Source A에서수집된신호의동기지터는수신기입력에서첨두치진폭이 0.36UI가된다 비트이상에서첨두치진폭은 0.4UI 미만으로떨어지므로 SDI 수신기는여전히 Source A로부터수집된신호의지터를허용할수있다. Source B로부터수집된신호의첨두치진폭은수신기의동기지터허용오차이상이므로이신호에서는비트오류가발생한다. Source B의랜덤지터로인해비디오시스템은 1 x 의 BER을유지할수없다 랜덤지터와 BER 한가지예로, 스펙트럼상평평한가우시안랜덤지터가출력에포함된 2개의 SDI 신호원을살펴보자. Source A에서의출력에포함된지터의 RMS 진폭은 0.012UI이고 Source B의출력에포함된지터의 RMS 진폭은 0.020UI 로더높다고가정한다. 어느한쪽소스로부터의출력이최대 0.4UI의첨두치진폭값까지동기지터를허용할수있는 SDI 수신기의입력에나타날수있다. 신호원과이수신기사이에있는라우팅장비가약 0.2UI의추가동기지터첨두치를추가한다. 44

45 일반적으로이런차이는소스출력의랜덤지터로부터기인하는것이다. 2.6절에설명한바와같이, 결정성지터는첨두치진폭을제한했다. 소스출력에있는결정성동기지터의첨두치진폭이 0.2UI 미만인경우표준화된계측시간을늘리면이결정성지터성분에대해 0.2UI 이상의첨두치진폭계측결과가생기지않는다. 그림 32. 다른 RMS 진폭에서랜덤지터가있는소스에대한욕조형곡선 SDI 신호원출력의욕조형곡선은이런소스를이용하는비디오시스템의잠재적 BER을판단하는데도움이된다. 그림 32는 X와 Y라는 2개의 SDI 소스로부터획득한출력신호의욕조형곡선스케치를사용하는이기술을나타낸것이다. 두출력신호모두가우시안같은랜덤지터만들어있다. Source Y에있는랜덤지터의 RMS 진폭이더크다. 위에서설명한 SDI 수신기와라우팅장비를갖춘비디오시스템에서아이오프닝의중심점으로부터 ±0.3UI 내에서발생하는소스출력의전이로인해수신기에비트오류가발생할수있다. Source X에대한욕조형곡선은이소스의출력신호에서 중 1개이하의전이가이영역에들어오게된다는것을보여준다. Source Y에서획득한출력신호에서는 10 7 중 1개이상의비율로전이가이영역에들어오게된다. 즉 Source X에서는시스템 BER이 1 x 미만인반면, Source Y에서는 BER이 1 x 10-6 및 1 x 10-7 사이라는뜻이다. HD-SDI 신호의경우 비트는 11.2분분량의비디오이미지와같다. 그러므로 1 x 미만의 BER은 11분에오류가 1개미만으로발생하는데이터오류율에해당된다. 반면, 10 7 비트는 6.73ms 분량의비디오이미지에해당된다. 1 x 10-7 이상의 BER은비디오프레임하나마다 1개이상의오류가발생하는데이터오류율에해당된다. 랜덤지터에는이런유한정한특성이없다. 소스출력의랜덤동기지터의 RMS 진폭이낮더라도 0.2UI 이상의지터진폭이가끔발생할수있다. 표준화된계측시간이길면이런더높은진폭변동을탐지하여 0.2UI 이상의첨두치진폭계측결과를낼수있다. SMPTE 표준에서는소스출력의첨두치지터진폭이얼마나오랫동안지정된한계이하로유지되어야하는지지정하지않으므로소스적합성을평가하기모호하다. 예를들어그림 32에서 Source Y에서획득한출력신호에대해다음내용을고려해보자. Source Y는 10 6 중 1개의전이를제외하고출력신호의첨두치동기지터진폭이 0.2UI를넘으면안된다는사양에적합하다. Source Y는 Source Y는 중 1개의전이를제외하고출력신호의첨두치동기지터진폭이 0.2UI를넘으면안된다는사양에적합하지않다. 이예에서 Source Y는평가를할때고려하는전이수에따라첨두치동기지터진폭에대해 SMPTE에서지정된한계에적합하거나적합하지않게된다. 표준에서는이값을지정하지않으므로 Source Y의적합성여부를명백히결정할수없다 지터계측과표준적합성 5.1절에설명된 Source A와 Source B의경우 1 x 10 3 개의독립적지터샘플에대한동기지터의첨두치진폭계측결과를보면두소스모두동기지터에대한 SMPTE 사양, 즉 0.2UI 미만이라는사양에적합함을알수있다. 1 x 10 7 개의독립적지터샘플에대한동기지터의첨두치진폭계측에서도 Source A는적합하다는것이나타나지만 Source B는적합성범위를벗어남을알수있다. 따라서어떤계측에서독립적지터샘플수의차이로인해적합성에대한평가가달라질수있다. 45

46 욕조형곡선을이용하여두소스의상대적적합성을평가할수있다. 그림 32에나타낸소스에대해욕조형곡선은 Source X가 Source Y보다긴첨두치동기지터진폭에대해 SMPTE 사양에적합한상태를유지할것임을표시한다. 하지만지정된한계를초과할수있는전이수에대한사양이없으면두소스모두명백히표준에적합하지않다. 특히, 욕조형곡선은출력신호의첨두치동기지터진폭이 중 1개의전이를제외하고 0.2UI를초과할수없는경우 Source X가사양에적합하지않을것임을나타낸다. 일본의비디오표준인 ARIB RT-B24에는비디오시스템의데이터오류율에대한사양이제공되지않는다. 이표준에서는비디오시스템의평균데이터오류율이매 3분마다 1개미만의오류로제한되어야한다고정해두고있다. 3분의시간이라면 HD-SDI 신호에일반적으로 1 x 개이상의전이가있다. 따라서 ARIB 사양은 1 x 미만의 BER에해당된다. 그림 32에나타낸두소스가 HD-SDI 소스이고소스출력의첨두치지터진폭이 0.2UI를초과한경우비트오류를가지게되는비디오시스템에사용되었다고가정하자. 그러면 Source X를사용한시스템은 ARIB 표준에적합하지만 Source Y를사용한시스템은적합하지않게된다 BER과지터계측시간다행히도신호소스가낮은 BER 목표를달성할수있는지검증할때매우많은수의독립적지터샘플에대해첨두치진폭을계측하지않아도된다. 짧은관찰시간동안수집된적은수의독립적지터샘플을사용하여많은수의독립적지터샘플에대한첨두치지터진폭을평가할수있는다양한방법이있다. 그림 33은짧은표준화된계측시간동안수행한첨두치진폭계측결과를이용하여많은수의독립적지터샘플로수행한계측결과를평가하기위한한가지절차를나타낸것이다. 이 Mathcad 그래프는첨두치진폭계측값과그계측에사용된독립적지터샘플수와관련된 BER 사이의관계를보여준다. 그래프상의파란색다이아몬드기호는부록 B 에설명한계측에대한이관계를보여준다. 이계측은약 18.8ps의 RMS 진폭값을가진랜덤지터성분과무시할수있는수준의결정성지터성분이포함된 HD SDI 소스출력에대해수행되었다. 이실험에서계측된소스출력의첨두치지터진폭은 3 x 10 3 개의독립적지터샘플에대해계측시 0.19UI였다. 그림 33. 일반적인비디오신호에대한 BER 대비첨두치지터진폭소스출력에있는 0.19UI의첨두치지터진폭이시스템에서비트오류를일으키지않으면이소스는 3 x 10 3 비트에서 1개미만의오류가발생하는비율로비트오류가발생하도록보장할수있다. 이것은그래프에나타난것처럼 1 / 3 x 10 3 = 3.3 x 10-4 의 BER에해당된다. 1.6 x 10 4 개의독립적지터샘플에대해계측된첨두치진폭은 0.21UI였다. 시스템에서비트오류가발생하기전에소스출력의지터가 0.21UI의첨두치진폭에도달할수있는경우이소스는표시된바와같이 6.25 x 10-5 = 1 / 1.6 x 10 4 의 BER을보장할수있다. 그래프의빨간선은다양한값을가지는 N개의독립적지터샘플에서계측된첨두치지터진폭값의약간오른쪽으로결정되는가우시안랜덤지터에대한이론적곡선을보여준다. 이곡선은본질적으로그림 29의빨간선과같은선이다. 그림 33의세로축상의 BER 값은그림 29의가로축상의표준화된계측시간에해당된다. 그림 33의가로축은 J/rms 비가아니라첨두치진폭계측결과를보여준다. 따라서그림 33의빨간선은 0.028UI(18.8ps) 의특정 RMS 진폭을가진가우시안랜덤지터의이론적첨두치지터진폭을보여준다. 그림 33의곡선을이용하여 0.028UI의 RMS 진폭을가진출력신호에랜덤지터가있는소스에서첨두치지터진폭에대해 " 최악의경우 " 에해당하는평가를할수있다. 특히, 이곡선은거의 개의지터샘플에대해이신호에서최악의경우에해당하는첨두치지터진폭이 0.4UI( 다이어그램의검정색원 ) 임을보여준다. ARIB 사양을만족해야하는비디오시스템에이소스가들어있었다고가정해보자. 46

47 이시스템은소스출력에서약 0.4UI의첨두치지터진폭을허용해야할것이다. 그렇지않으면이소스의출력에서이런 0.028UI의특정 RMS 진폭을가진랜덤지터가 ARIB 사양이상의 BER을생성하게될것이다. 이절차에서는랜덤지터의동작을바탕으로 BER 값을추정한다. 어디에나있는열잡음으로인해모든 SDI 신호에는일정수준의랜덤지터가있게되고이 " 무한정한 " 랜덤지터가많은수의독립적지터샘플, 즉긴표준화된계측시간에걸쳐계측된첨두치진폭값을결정하게된다. 짧은표준화된계측시간동안에는유한정한결정성지터가첨두치진폭을결정할수있다. 랜덤성분이전체첨두치진폭값을지배하기시작하는표준화된계측시간은결정성지터의첨두치진폭에대한랜덤지터의 RMS 진폭비에따라결정된다. 따라서이단원에서설명하는절차에는신호에있는모든결정성지터의최대첨두치진폭을결정하기위한초기계측결과집합이반드시포함되어야한다. 이것이그래프에나타낸계측에사용되는독립적지터샘플의수에대한하한을설정한다 지터묶음 3.5절에설명한바와같이, SMPTE 표준에서는소스출력에허용되는지터를지정한다. 하지만소스출력의지터가비디오시스템의데이터오류율을완전히결정하지는않는다. 5.1절에사용되는예에서는 Source B와 SDI 수신기사이의비디오장비가 0.2UI의지터를추가했기때문에 Source B가비트오류를발생시켰다. 이로인해수신기의지터입력허용오차이상의신호지터가발생했다. 이제루틴작업을하는장비를교체하면서지터입력허용오차가 0.35UI인수신기와 0.15UI 이상의지터를추가하는새라우팅장비를도입한다고가정해보자. 평균적으로 Source A의출력에서첨두치지터진폭은매 비트에한번씩 0.16UI를초과할것이다. 이진폭은새시스템에데이터오류를발생시키고시스템 BER은 ARIB 사양미만으로떨어진다. 따라서소스출력에서 0.2UI 미만의계측된첨두치진폭값은모든시스템에서낮은데이터오류율을보장해주지는못한다. 현재각종비디오표준에서는대부분의시간동안출력신호의아이가넓게열리도록하기위해신호소스에대해보수적인요구사항을부과하고있다. 소스출력이비디오시스템의데이터오류율을완전히결정하지는않으므로현재상황에서는 SDI 소스설계자에게상당한과제가안겨져있다. 허용가능한데이터오류율, 최소지터입력허용오차및최대지터전달에대한사양이나지침이없으면소스출력의지터가얼마나오랫동안지정된임계값미만으로유지되어야하는지판단할수없다. SDI 소스설계자는비디오시스템의지터묶음 (jitter budget), 즉일정수준이상의작동성을보장하기위해각요소가달성해야하는데이터오류율및지터성능에대한정보가필요하다. 이정보는소스출력의지터가지정된임계값미만으로얼마나오래유지되어야하는지결정하게된다. 엔지니어가지터묶음, 신호지터의특성, 비디오시스템에설치된장비의지터성능그리고다양한지터계측방법의특징을이해하고있으면장비설계, 시스템통합, 기기검증및시스템유지보수작업에필요한지터계측기를보다효과적이고효율적으로배치할수있다. 이제 Source B와수신기사이의비디오장비가 0.1UI의지터만추가했다고가정한다. 이시스템의 BER은 1 x 에훨씬못미칠것이다. 따라서소스출력에서 0.2UI 이상으로계측된첨두치지터진폭값이반드시높은데이터오류율과상관되는것은아니다. 두번째예로서어떤설비에서허용가능한데이터오류율에대해 ARIB 요구사항을채택했다고가정해보자. 엔지니어링담당자가 Source A의첨두치지터진폭이 0.2UI 미만이라는점을확인하고이소스를시스템에포함시켰다. 시스템내모든 SDI 수신기의지터입력허용오차는약 0.4UI이고라우팅장비로인해추가되는지터는 0.15UI 이하이다. 47

48 그림 34. WFM700M 의위상복조방법 6.0 텍트로닉스계측기를이용한지터계측 텍트로닉스는첨두치지터진폭계측을자동화한다양한비디오및범용계측기를공급한다. 이단원에서는이런제품을사용하여본안내서에서검토해본각각의지터계측방법을특정한상황에서어떻게구현하는지설명한다 텍트로닉스 WFM700M을이용한지터계측텍트로닉스 WFM700M 파형모니터는위상복조방법을사용하여 HD 및 SD-SDI 신호상의첨두치비디오지터를자동으로계측한다 ( 그림 34). 이계측기는케이블이퀄라이저가장착된 SDI 수신기 IC를사용하며이수신기 IC 는시중에서구입할수있다. 그림 34의 x 클럭은수신기 IC의클럭출력이다. 따라서 WFM700M은 SDI 수신기가디코드하는신호와거의같은균등화된 SDI 신호의지터를계측한다. 위상탐지기는실시간으로복조된지터신호를발생시킨다. 계측기는이지터파형을표시하고신호를출력 BNC 로라우트할수있다. 이출력을스펙트럼분석기에연결하면지터스펙트럼디스플레이가생성된다. SDI 수신기 IC에사용되는광대역클럭복구회로의대역폭은 5MHz로서계측대역통과필터의고주파컷오프 (ƒ4) 를설정한다. 위상탐지기뒤에있는계측필터는협대역 PLL 대역폭의고역필터링을보충한다. 이필터는타이밍및동기지터를계측하는데사용되는대역통과필터에대한저주파컷오프 (ƒ1 또는 ƒ3) 를설정한다. 대역통과슬로프는 SMPTE 권장사항에적합하고타이밍지터필터의원더제거는 IEEE 표준 1521에적합하다. ADC는복조된지터신호의 5MHz 대역폭에대해 10MS/s 의 Nyquist 속도이상의속도로복조된지터신호를샘플링한다. 최종단계에서는 T = 500ms에걸쳐이들샘플의첨두치값을계측한다. 이계측지속시간은 N = 5 x 10 6 개의독립적샘플에해당하는표준화된계측시간에해당하는시간이다 다른텍트로닉스비디오계측기를이용한지터계측 WFM601M 파형모니터는클럭복구대역폭이 5MHz인위상복조방법을사용하여균등화된 SD-SDI 신호의첨두치지터진폭을계측하기도한다. 첨두치계측단계에서는아날로그피크탐지기능을사용한다. VM700T Option 1S는위상복조방법이나등가시간아이방법중하나로균등화된 SD-SDI 신호의지터진폭을계측할수있다. 위상복조방법을사용하기위한클럭복구대역폭은약 7MHz로서 WFM601M 또는 WFM700M보다크다. WFM601M과마찬가지로, 첨두치계측단계에서는아날로그피크탐지기능을사용한다. 등가시간아이방법에서는약 3MS/s의속도로입력 SD-SDI 신호를샘플링한다. VM700T는 SD-SDI 신호에있는원더도계측할수있고아날로그비디오신호에서는원더와지터를모두계측할수있다. 48

49 텍트로닉스는각기다른시점에 WFM601M, VM700 Option 1S 및 WFM700M을개발하여출시했다. 그결과, 각제품의지터계측방법이다르게구현되어있고같은비디오신호에대한지터를계측할때다른결과가나올수있다. 이전단원에나온정보를이용하여이런차이를이해할수있다 원더제거텍트로닉스는 IEEE 표준 1521이제안되기전에 WFM601M을출시했다. 그래서이계측기에서구현된계측필터는그림 13에나타낸것처럼 10Hz에서 60dB/decade의슬로프가아니라 40dB/decade의고역응답을보인다. 텍트로닉스는 IEEE 표준 1521 초안이나오기전에 VM700 Option 1S를개발했지만설계프로세스에서부터이사양의등장을예상하고작업에임했다. 그래서 VM700 Option 1S에사용된위상복조방법은원더제거를위해필요한 60dB/decade의슬로프사양을만족한다. VM700T에구현된등가시간아이방법의경우등가시간아이패턴을형성하는데흔히사용되는 40dB/decade의슬로프를가지고있으며이는원더제거에대해 IEEE 표준 1521에적합하지않다. 원더제거에있어서의차이가 SDI 지터계측에어떤영향을미치는지판단하기위해 VM700 Option 1S에구현된 WFM700M, WFM601M 및위상복조방법이적용된 MPEG 디코더의 SD-SDI 출력에서첨두치지터진폭을계측했다. MPEG 디코더는위성 DTV 제공업체로부터오는신호에맞게조정된 QPSK 위성수신기로부터입력신호를수신했다. MPEG 데이터버퍼링으로인해 SD-SDI 출력에는일반적으로상당한원더성분이있다. VM700T 상의원더애플리케이션으로수행한계측작업결과피크주파수오프셋을 2.5ppm으로하여주파수오프셋변동을 1.75ppm 단위로확인했다. MPEG 디코더의 SDI 출력은스튜디오급품질의비디오기준신호에대한 2.8ppm의주파수오프셋한계에따르지만주파수드리프트속도한계인 0.028ppm/sec를 20~30배정도초과한다. 하지만이 SDI 출력이일반적으로스튜디오기준으로나타나지는않을것이며소비자용비디오장비는이원더를추적할수있다. 따라서타이밍지터필터의고역특성에서 40dB/decade 의슬로프만실현하는지터계측방법을구현한계측기 ( 예 : WFM601M) 는첨두치지터진폭을과대평가할수있다. MPEG 디코더에서나온 SDI 출력에서흔히보이는원더성분이있는경우 WFM601M은 500% 이상 (0.3UI 대비 1.6UI) 지터진폭을과대평가했다. 60db/decade 슬로프로구현하면원더성분을더잘제거할수있다. 이실험에서는 WFM700M과 VM700T Option 1S에서구현된계측필터를통과한원더는타이밍지터계측결과에약 33% 정도기여했다 (0.3UI 대비 0.4UI) 랜덤지터계측이들제품에서는다른기술을이용하여첨두치계측작업을수행하므로계측시간도다르다. 앞서살펴본바와같이, 계측시간은상당한랜덤지터가있는 SDI 신호에대한첨두치지터값에큰영향을미친다 ( 그림 29). WFM700M에구현된위상복조방법에서는매우정확한디지털첨두치탐지기를사용하며탐지시간 (500ms) 이가장길다. VM700 Option 1S와 WFM601M에서위상복조방법을구현할때는유효계측시간을약 2.5ms로하여아날로그피크탐지기술을사용한다. 랜덤지터만있는 SDI 신호에대해서는실험을통해 WFM601M과 VM700T Option 1S에사용되는아날로그피크탐지가 WFM700M의디지털피크탐지보다약 30% 낮은첨두치진폭계측결과를이끌었음을확인했다. WFM601M과 VM700T Option 1S에서의첨두치진폭계측에서는짧은지속시간동안랜덤지터를계측했기때문에그결과가 WFM700M보다낮았다. 표준에서는계측시간이나계측에사용할독립적지터샘플수를지정하지않으므로이들은모두이첨두치진폭의유효한계측결과이다. 이계측기들은모두첨두치지터진폭을유효하게계측하지만 WFM700M의디지털구현은초창기계측기의아날로그기반구현에비해개선된계측결과를제공한다. 디지털구현에서는더긴계측시간을이용할수있으며이에따라비디오시스템에서데이터오류를발생시킬수있는가끔발생하는고진폭랜덤지터의기여도를보다일관되게계측할수있다. 그런다음 MPEG 디코더의 SDI 출력상에있는지터를계측했다. WFM601M은 VM700 Option 1S 및 WFM700M 에서위상복조방법으로계측된 0.4UI에대해 1.6UI의타이밍지터를계측했다. 주파수오프셋을제거한상태에서계측된지터는모든계측기에대해약 0.3UI로떨어진다. 49

50 결정성지터계측일부 SDI 테스트신호제너레이터는서로다른진폭과주파수에서 SDI 출력에정현파지터를유발할수있다. 이세비디오계측기는주파수응답차이, 신호에포함된랜덤지터의양그리고지터노이즈플로어보상의차이로인해변동이발생할수는있지만이런정현파지터에대해비슷한첨두치진폭을계측하게된다. 빠르게변하거나 " 스파이크같은 " 결정성지터가있으면차이가더커질수있다. 결정성지터에빠른변동이있는경우에는위상탐지기의아날로그구현에서어택타임이이런변동을완전히추적하지못할수있기때문에 WFM601M과 VM700T Option 1S의계측결과가 WFM700M의계측결과보다낮을수있다. 좁고분리된지터피크또는단속지터가있는경우에는아이형성에사용되는등가시간샘플링이계측주기동안에는실제피크를샘플링하지않으므로 VM700T에서등가시간아이방법을사용할때의결과가 WFM700M 또는 WFM601M에서보다낮을수있다. 신호에고주파결정성지터가있는경우에도차이가생길수있다. 등가시간아이방법을이용한첨두치지터진폭계측결과에는계측대역통과내에있는임의의스펙트럼성분이기여하는요소가포함될수있다. 위상복조방법을이용한계측결과에는복조된지터신호의대역폭을벗어난스펙트럼성분으로부터의기여요소가포함되지않는다. 따라서다음과같은결과가나온다. VM700T에서등가시간아이방법으로계측한첨두치진폭의값은신호의지터스펙트럼에 5MHz 이상의스펙트럼성분이포함되는경우 WFM601M 및 WFM700M을사용하여같은신호에대해계측하는값보다크다. VM700T Option 1S에서등가시간아이방법으로계측한첨두치진폭의값은신호의지터스펙트럼에 7MHz 이상의스펙트럼성분이포함되는경우위상복조방법을이용하여같은신호와같은계측기에서계측하는값보다크다. 이런소프트웨어애플리케이션으로계측한첨두치지터진폭은여러영역에서의차이때문에비디오전용계측기로계측한결과와달라질수있다. 비디오전용제품에는 SMPTE에지정된계측대역통과제한에대해내장된지원기능이있다. TDSRT- EYE 및 TDSJIT3 애플리케이션에서이런계측필터를실현하려면클럭복구및필터링알고리즘을적절히구성해야한다. 계측필터링의차이로인해계측결과에차이가생길수있다. 지터주파수를 10Hz까지또는넓게분리된지터피크를정확히계측하려면실시간오실로스코프에서적절한횟수의다중획득이요구된다. 이계측에서획득횟수가적으면계측결과에차이가생길수있다. TDSRT-EYE 및 TDSJIT3 소프트웨어는 SMPTE 사양에지정된클럭속도의 1/10 뿐만아니라그이상의지터주파수를계측할수있다. 신호에포함된실제고주파지터성분에따라비디오전용계측기에서위상복조방법으로계측한결과에비해첨두치지터진폭이높게나올수있다. 이두소프트웨어애플리케이션모두지정된수의 TIE 계측에대해지터통계데이터를계산할수있다. 랜덤지터효과에상응하도록 TIE 계측규모를적당히잘설정한경우이들애플리케이션은비디오전용계측기와유사한첨두치진폭계측결과를내놓을수있다. 독립적지터샘플의수를달리하면계측결과가달라질수있다. 비디오전용계측기는하드웨어기반균등화및클럭복구기능을사용하고지터노이즈플로어가높다. 이로인해짧은케이블에서의지터계측결과에현저한차이가생길수있다. 긴케이블에서계측하는경우비디오전용계측기의균등화단계에는케이블감쇠에관련된지터가제외된다. 비교가능한결과를내려면이들소프트웨어애플리케이션이이런지터성분을비슷한방식으로제외시켜야할것이다 텍트로닉스실시간오실로스코프를사용한지터계측텍트로닉스실시간오실로스코프는지터계측을위해애플리케이션소프트웨어에서실시간획득방법버전을구현한다. TDSRT-EYE 와 TDSJIT3 소프트웨어는복구된기준클럭을바탕으로 TIE 계측으로부터첨두치지터진폭을계측한다. 50

51 7.0 SDI 신호의지터계측을위한권장사항 5.0절에서설명한바와같이, 한가지지터계측방법을사용하여단한차례의첨두치진폭계측만으로비디오시스템내의지터와그지터가시스템작동에미치는영향을알수는없다. 비디오시스템에서지터성능을평가하려면여러가지지터계측방법과기술을효과적으로사용해야한다. 이단원에서는세애플리케이션에서지터를계측하기위한몇가지권장사항을설명한다. 비디오시스템모니터링, 유지보수및문제해결 비디오기기검증및설치 비디오장비설계이권장사항에서는서로다른방법으로수행한지터계측을통해비디오시스템의지터특성에대해자세한정보를알수있는방법을보여준다 비디오시스템모니터링, 유지보수및문제해결비디오시스템에서지터를평가하고지터관련문제를진단하려면위상복조및등가시간아이방법을모두사용하여지터를계측해야한다. 위상복조방법에서는복조된지터신호를연속적으로모니터링하므로 1UI 이상의첨두치지터진폭을포함한다양한신호지터에대해이를탐지하고알람을발생시킬수있다. 균등화단계를포함시키면계측기를통해비디오시스템전체지터를모니터링하고수신기가디코드하는균등화된신호에있는지터를탐지할수있다. 위상복조방법의일반적인구현에서는여러프레임으로구성된비디오신호상의지터를계측한다. 이를통해라인및필드레이트와관련된래스터종속적인결정성지터를캡처하고가끔발생하는지터를포착할수있다. 이방법으로얻을수있는지터파형과스펙트럼디스플레이를통해지터관련문제를보다잘특성화하고진단할수있다. 등가시간아이방법을이용한계측으로위상복조방법을이용한계측을보완할수있다. 특히, 등가시간아이방법을이용하면위상복조방법을구현하는데사용되는클럭복구프로세스대역폭이상의주파수에서결정성지터의첨두치진폭을계측할수있다. 이고주파지터는비디오시스템을통해전파되지는않지만 (2.5절참조 ) 개별링크작동에는영향을미칠수있다. 두가지방법으로계측한결과를비교하면신호의지터특성을판단하는데도움이된다. 일반적으로등가시간아이방법을이용한계측에서는위상복조방법을이용한계측에서보다적은수의독립적지터샘플을사용한다. 따라서두방법모두랜덤지터만계측한경우위상복조방법을이용하면보통계측결과가더커진다. 그러므로두방법을이용한계측결과가일치하면신호에매우정기적인패턴으로결정성지터 ( 예 : 정현파지터 ) 와약간량의랜덤지터가나타날가능성이높다. 등가시간아이방법에서일관되게계측결과가큰경우에는신호에정기적으로발생하는고주파결정성지터가들어있는것이다. 위상복조방법사용시훨씬큰값이나오는경우신호에는좁은지터스파이크, 단속적인결정성지터또는상당한수준의랜덤지터가조합된형태로포함된다 비디오기기검증및설치두가지이상의방법으로지터를계측하는것도새비디오기기를검증하고설치하는데도움이된다. 비디오시스템모니터링, 유지보수및문제해결에있어위에서설명한위상복조방법의이점이이경우에도적용된다. 이방법을이용하여복조된지터신호를연속으로 Nyquist 속도로샘플링하면좁은지터스파이크, 단속적인결정성지터또는상당한수준의랜덤지터가미치는영향을탐지하고로그로기록할수있다. Nyquist 속도에서복조된지터신호를샘플링함으로써이방법을통해많은수의독립적지터샘플을빠르게수집할수있다. 이런긴표준화된계측시간은데이터오류율에대한랜덤지터의영향을평가하는데도움이될수있다. 위상복조방법의일부구현에서얻을수있는지터신호출력은내부적으로생성된지터신호디스플레이를보완한다. 이출력을오실로스코프나스펙트럼분석기로라우팅하면신호지터의임시적특성과주파수특성에대해보다상세히알수있다. 균등화단계도장비설치에도움이된다. 이단계가존재할때설치자와엔지니어는긴케이블끝에서지터를계측할수있다. 이런기능을이용하면소스출력뿐만아니라수신기의입력에서지터를평가할수있다. 이것은소스와수신기, 예를들어패치패널과비리클러킹분배증폭기사이의장비나연결에의해유도된지터로인한문제를탐지하고진단하는데도움이된다. 51

52 위상복조방법의구현에서지터노이즈플로어는주로균등화와클럭복구로부터기여되는요소때문에다른방법의구현보다커질수있다. 소스출력신호의지터가 SMPTE에지정된한계에가까운경우첨두치진폭계측결과의해상도가정밀검증프로세스중에소스를분리하는데필요한해상도에못미칠수있다. 이경우실시간획득방법을구현하여수행한첨두치진폭계측이위상복조방법을이용하여수행한계측을보완할수있다. 이구현의노이즈플로어는매우낮을수있다. 단일획득으로수행한계측결과에는균등화, 클럭복구또는트리거지터로부터의기여요소는없다. 이런계측결과의해상도는비디오장비또는컴포넌트의정밀검사에필요한해상도이상이다. 실시간획득방법을구현한경우에는위상복조방법에서놓치게되는소스출력의고주파결정성지터로부터의기여요소도계측할수있다. 실시간획득방법에서는각에지에서 TIE 계측을수행함으로써 Nyquist 속도이상으로이결정성지터를샘플링한다. 여러차례의획득을통해실시간획득방법에서는많은수의독립적지터샘플을수집할수있다. 이방법을이용하여랜덤지터의첨두치진폭을계측하면위상복조방법을이용한계측을보완할수있다. 이런구현에서도비디오기기검증에도움이될수있는다양한지터디스플레이와분석알고리즘을제공할수있다. 많은경우등가시간샘플링을사용하는범용계측기는이애플리케이션에서실시간획득방법의구현을대체할수있다. 비디오전용장비에일반적으로구현되는등가시간아이방법에서는이와비슷한기능이없고이런보다강력한계측기를부분적으로만대체할수있다. 위상복조방법을구현하여설계자는설계를기능적으로검증하고지터성능을초기에평가할수있다. 비디오시스템의지터모니터링, 비디오기기검증및설치그리고지터관련문제에적용되는대부분의기능이이런설계애플리케이션에적용된다. 이런다양한애플리케이션에공통된계측방법을사용하면실제비디오시스템에서의동작과설계파라미터를상관시킬수있다. 이방법과함께사용할수있는복조지터신호의지터파형디스플레이는특히래스터와상관관계가있는결정성지터를탐지하는데유용하다. 실시간획득방법을구현하면계측정밀도가높아지고지터동작을특성화하는데도움이되는심층분석능력이높아진다. 많은수의샘플링을통해획득한입력 SDI 신호가저장된획득레코드는고유의이점을제공한다. 설계자는 SDI 신호의개별에지를따로분리하여검사하고지터동작을특정데이터패턴과상관시킬수있다. 두방법모두적당히짧은계측시간동안많은수의독립적지터샘플을수집할수있다. 이는랜덤지터와랜덤지터가데이터오류율에미치는영향을철저히검사하는데뒷받침이된다. 위상복조방법은복조된지터신호를연속적으로모니터링하여지터스파이크나다른단속적결정성지터를탐지할수있다. 마지막으로, 두가지방법모두첨두치지터진폭은 1UI 이상으로계측된다. 이두가지지터계측방법을결합하면비디오장비설계애플리케이션에필요한폭과깊이를달성할수있다 비디오장비설계 실시간획득과위상복조방법을이용한지터계측이비디오장비설계의요구사항을가장적합하게채워준다. 52

53 8.0 결론 본기술안내서에서는자동화된지터계측에흔히사용되는 3가지방법과이방법들의차이로인해어떻게다른첨두치지터진폭계측결과가나오는지설명했다. 첨두치계측에사용되는독립적지터샘플수의변동이이런차이의공통적원인이었다. 다른여러가지요인이불일치를일으킬수있고어떤경우에는상당한차이를발생시킬수도있다. 우리는디지털비디오신호에있는지터의복잡한특성과지터계측에관련된과제를살펴봤다. 엔지니어는서로다른지터특성과지터계측의주요요소를보다잘이해함으로써신호지터와관련된문제를신속히해결하고다양한지터계측및분석솔루션을보다완전히사용할수있다. 각종표준기구가지터계측의모범사례를구축하고발전시키는데중요한역할을한다. 계측결과의일관성을보다높이기위해서는지터묶음과지터계측기술에대한추가적사양과지침이필요하다. 지터입력허용오차와지터전달에대해비디오장비제조업체가제공하는추가정보도비디오장비의설계와검증에있어비디오시스템의데이터오류율을낮추는데도움이될것이다. 텍트로닉스는본기술안내서의권장사항에맞춰여러가지문제를해결할수있도록비디오시스템의지터를모니터링하고계측하기위한고품질도구를제공하고표준기구, 업계그룹, 비디오장비제조업체및비디오네트워크운영자와긴밀히협조해나갈것이다. 53

54 9.0 참고문헌 1. SMPTE RP , Specification of Jitter in Bit- Serial Digital Systems( 비트직렬디지털시스템의지터사양 ) 2. SMPTE RP , Jitter Measurement Procedures in Bit-Serial Digital Interfaces( 비트직렬디지털인터페이스에서의지터계측절차 ) 3. SMPTE EG , Jitter Characteristics and Measurements( 지터특성과계측 ) 4. ANSI/SMPTE 259M-1997, 10-Bit 4:2:2 Component and 4fsc Composite Digital Signals Serial Digital Interface(10비트 4:2:2 컴포넌트와 4fsc 합성디지털신호 직렬디지털인터페이스 ) 5. SMPTE 292M-1998, 고화질텔레비전시스템용비트직렬디지털인터페이스 6. IEEE Std , IEEE Trial-Use Standard for Measurement of Video Jitter and Wander( 비디오지터및원더의계측을위한 IEEE 시범사용표준 ) 7. Understanding and Characterizing Timing Jitter( 타이밍지터의이해와특성화 ), 텍트로닉스입문서, Takeo Eguchi, Pathological Check Codes for Serial Digital Interface Systems( 직렬디지털인터페이스시스템을위한이상확인코드 ), SMPTE Journal, 1992 년 8월, 페이지 10.0 감사의말 텍트로닉스는본기술안내서가나오기까지 Dan H. Wolaver 박사님의지대한공헌에심심한사의를표명한다. 54

55 그림 A-1. 지터계측방법비교를위한테스트셋업 그림 A-2. CSA803A 막대그래프윈도우 위상복조방법에서구현에사용되는클럭복구프로세스 부록 A: 비디오지터에서대역폭제한의영향 WFM700M 을사용하여위상복조방법으로지터를계측했 의대역폭에따라첨두치지터진폭계측에포함되는지터주파수에대한상한이결정된다. 일반적으로사용되는클럭복구하드웨어의대역폭은 SMPTE에서타이밍및동기지터계측을위해지정하는고주파컷오프클럭속도의 1/10에훨씬못미친다. 특히, 텍트로닉스 WFM700M 에구현된위상복조방법에서의고주파컷오프는 5MHz 이다. 대역통과가지터의분광정보중대부분을포괄하는경우이런대역폭제한이계측결과에큰영향을미치지는않는다. 이부록에서는 " 일반적인 " 비디오신호의비디오지터스펙트럼에클럭복구에흔히사용되는대역폭이상의무시할수있는성분이있다는점을테스트하기위한실험을설명한다. 다. WFM700M으로계측한결과, 5 x 10 6 개에달하는독립적지터샘플의첨두치진폭을알아내었다. 비교작업을위해 2개의 WFM700M을이용해따로계측했다. 그렇게계측한첨두치진폭을각각 y1과 y2라하자. 등가시간아이방법을사용하여지터를계측하는데는텍트로닉스 CSA803A 오실로스코프를사용했다. 그림 A- 2에나타낸막대그래프윈도우내에서수집된 5 x 10 6 개의에지변동계측데이터를막대그래프로표시한후이를이용해첨두치지터진폭을판단할수있도록 CSA803A를구성했다. CSA803A에서읽은값을 x1이라하자. 그림 A-1은실험에사용되는테스트셋업을나타낸것이다. 시중에서구할수있는비디오 IC용평가보드로부터내부적으로생성된컬럭막대테스트패턴을 " 일반적인 " 지터가포함된테스트신호로사용했다. 평가보드에서생성된출력테스트패턴을분석한결과, 이신호에는랜덤지터가우세하게포함되어있다는사실이밝혀졌다. 또한이평가보드가오실로스코프트리거링을위해제공한수정발진클럭은 74.25MHz였다. 55