Comprendre les sources de gigue facilite leur identification et leur atténuation

Le 19/10/2017 à 14:00  

Un diagramme de l'œil idéal superpose toutes les périodes binaires d'une forme d'onde capturée. Il présente ainsi des transitions très lisses et symétriques aux points de croisement gauche et droit. Un grand « œil », largement ouvert au centre, montre l'emplacement idéal (« x ») pour échantillonner chaque bit.

P ourquoi les ordinateurs sont-ils numériques ? Une partie de la réponse se trouve dans le fait que la conversion en nombres binaires des signaux représentant le monde autour de nous et variant constamment permet de préserver plus facilement les informations contenues dans ces signaux tout au long des traitements ultérieurs, plutôt que de travailler directement sur un signal analogique. Néanmoins, même si la plupart du temps les « 1 » et les « 0 » d'un train de bits numériques se distinguent aisément les uns des autres, ces bits sont encore représentés sous forme de signaux électriques traversant un monde analogique sujet au bruit.

Si un bruit électrique suffisamment élevé affecte un signal numérique, il peut provoquer une « gigue » de la forme d'onde binaire ou un retard temporel. Des problèmes surviennent alors si le niveau auquel un signal passe de « 0 » à « 1 », ou de « 1 » à « 0 », est décalé au point que sa valeur soit mal interprétée à l'étape d'échantillonnage. Lorsque cela se produit, donc, le circuit de réception peut mal interpréter la valeur binaire de la forme d'onde, introduisant une erreur de transmission. Il existe différents types de gigue, et la compréhension des caractéristiques de chacun peut aider les ingénieurs à identifier les causes de la gigue et à agir pour les atténuer.

On identifie trois principales causes de gigue : les phénomènes propres au système, ceux dépendant des données et les phénomènes de bruit aléatoire. Les phénomènes propres au système sont des effets sur un signal qui résultent directement de sa condition de système numérique au sein d'un environnement analogique. On peut citer, comme exemples de telles sources, la diaphonie à partir de signaux rayonnés ou conduits, les effets de la dispersion et les désadaptations d'impédance.

En ce qui concerne les phénomènes dépendant des données, ils sont liés à la séquence des données transférées et comprennent l'interférence entre les symboles, la distorsion du rapport cyclique et la périodicité de la séquence de bits pseudo-aléatoire. Enfin, les sources de gigue liées aux phénomènes de bruit aléatoire incluent le bruit thermique, le bruit thermique blanc (exprimé par la relation kTB, où k est la constante de Boltzmann, T la température et B la bande passante du bruit) – il est fonction du flux d'électrons dans les conducteurs et qui augmente avec la bande passante, la température et la résistance –, le bruit « shot » qui correspond à celui des électrons et des trous au sein des semi-conducteurs – l'amplitude de ce bruit est fonction du courant de polarisation et de la bande passante de mesure – et le bruit « rose » (bruit fréquentiel lié à l'inverse de la fréquence).

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