S/PDIF傳輸線干jitter事?? - PCDVD數位科技討論區

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文章: 529

這是我在台大椰林BBS站無意中看到的,跟各位分享,因為是BBS無法直接連結,所以若有侵犯版權請見諒
S/PDIF 傳輸線干 jitter 底事？

1. 如果從（Ａ）點輸出的訊號，能夠以符合理論上的理想值「完完全
全」地傳送到（Ｂ）點，那就不會有任何失真。

(A)--------------傳輸線---------------(B)

什麼失真都沒有，當然也就不會有任何爭論了。

但是，現實世界中沒有「理想值」、也沒有「理想狀況」，所以我們
就該看看，有哪些因素會影響這些被傳送的訊號。

在開始討論之前，讓我們先來看看數位線路的基本特質：

2.數位線路具有「整齊化」的特質。只要飄移不嚴重、雜訊不夠大，都
不會影響資料的精確性。甚至於一些已經「垂頭喪氣」的訊號，勉強傳
到下一級之後，都還可以再度變得「英俊挺拔」起來，而且一個 bit
都不會錯。

早期，台灣的類比技術一直拼不過日本，電視的 RF 怎麼做都有雜訊，
這也是類比訊號的基本特質：「不一樣就是不一樣」。台灣做電視的家
電廠都曾度過這一段苦日子。

倒是數位線路的「整齊化」特質讓阿狗阿貓生產（或拷貝）的電玩、
apple ][電腦都稱得上「堪用」而賣錢，台灣也因此開展了一個屬於
自己的舞台。

好了，言歸正傳。

3.使數位訊號失真的因素有兩個：(a) clock (b) 資料本身發生錯誤。

4. clock 是數位世界的參考時基，時基一旦錯亂，整個數位世界就會
崩潰。由於 clock 是由「不理想」的主動元件配合線路所產生的，因
此很容易受外界溫度影響，也會因本身的品質欠佳而有「快」、「慢」
的飄移現象，而線路設計不良，更是容易產生雜訊。

5.有問題的 clock 對（Ａ）點之前的「原始資料處理部份」以及（Ｂ）
點之後的「數位訊號接受部份」、「D/A 轉換部份」當然會有不良的影
響。尤其是早期的 S/PDIF 接收晶片，本身並沒有提供石英時脈，而是
參考（Ａ）點之前所送過來的 clock ，然後用 PLL 鎖定它。這樣，當
然很容易產生 Jitter。然而，這些都是屬於早期分離式數位音響的問題
，以現在數位技術的進步來看，在音響領域中其實可以不必再談 Jitter
了。

6.就算有 jitter，我們來看看它究竟跟光纖/同軸線有沒有關係：

6.1
44.1k的數位音樂訊號與 clock 兩大訊號以及其他控制訊號在（Ａ）
點之前就被混在一起並調變成傳輸率為 5.6448M baud 的 BiPhase-Mark
數位訊號，並經由一條傳輸線送到僅僅在一公尺、二兩公尺之外的
（Ｂ）點，注意喔～可不是一、兩千公里喔～。

由於傳輸率高達 5.6448M baud，這也是為什麼（Ａ）點之後要用同軸
線（或光纖）傳送到（Ｂ）點的緣故。

6.2
對同軸線（或光纖）而言，它根本不知道裡面傳的是什麼碗糕？它只
知道裡面是傳輸率很快的「方波」而已。當然也不知道這些「方波」
其實可以分離成多種訊號。

6.3
同軸線是有可能會「衰減」裏面的方波。但是對兩米不到的線來說，
其「衰減量」其實是微不足道的。也就是說：根本就不可能把方波衰
減到會產生 error 的程度。

6.4
同軸線是有可能會使裏面的方波產生「相位移」。但是對「串列」數
位訊號而言，如果每個方波都產生等量的相位移，那就等同於：「沒
有相位移」。

難不成這個世界上有一種可以讓前一個方波相位移多一點、然後又讓
緊接著的下一個方波相位移少一點的「神線」？

6.5
也許有人會問，那為什麼「印度洋」電纜有一米十元以及一米百元之
別？我的回答是：如果你的分離式音響分離的距離長達數公里，你當
然要買最貴的纜線。

6.6
短短兩米不到的同軸線在什麼情況才會產生第2點所說的：(b)資料本
身發生的錯誤？
我的回答是：在同軸線旁邊打雷吧！

6.7
短短兩米不到的光纖在什麼情況才會產生第2點所說的：(b)資料本身
發生的錯誤？
我的回答是：在同軸線旁邊閃電吧！

6.8
S/PDIF 同軸輸出電位比較低的可能只有 500mV，而大部分的 S/PDIF
輸入端也只要 200mV 就能正常運作。因此，就算用路邊撿到的 75 ohm
電纜線，也很難將訊號從 500mV 衰減到 200mV 以下而產生 error
。如果向地下工廠買，恐怕也很難買到這麼「差」的同軸線。

6.9
差的 clock 是會產生 jitter。但是在（Ａ）點之前所產生的錯誤，
它也只會原原本本地經由傳輸線傳送到（Ｂ）點。而（Ｂ）點之後也
有可能產生 jitter。但是，對於介於（Ａ）、（Ｂ）兩點之間，兩米
不到、只會對數位訊號產生微量衰減、也產生不了什麼相位偏移的這
條傳輸線而言，它有什麼能耐來產生 jitter 呢？

1999-10-31 波霸夫斯基著

2000-08-29, 08:10 PM #1

Neil

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文章: 529

作者 airdon (Airdon) 看板 Audiophile
標題 Re: 關於光纖傳輸線...(光傳輸理論說明)
時間 Mon Nov 1 10:43:05 1999
───────────────────────────────────────

hi all

我目前從事晶片設計，基本上我們的Chip都經過PLL jitter test,
但是我覺得jitter被商人拿來騙人就跟一些宗教拿磁場來唬人是一樣的
，所謂迷信科學化吧，就我所學過的DA，我真的覺得bitstream是一流
的設計，這是工程師與金耳朵的一大成就，所以SACD也是我所擁戴的技
術。
DA的jitter是很嚴重的問題，因為這些長得歪歪斜斜的數位信號，
和DA本身的clk 沒對齊（其實震盪器出來的信號也不完美），就被convert
成音頻信號，至於數位傳輸的問題則不是如此，除非真有耍寶的工程師
把光纖接收的資料直接丟入DA，基本上都有buffer latch住資料，再經
時基重建後盡量完美的進入DA，現代的CD在瞭解jitter後技術都已經很
成熟，至於那條光纖，實在小題大作，我們on chip audio出去DA的腳位
還跟其他裝置共用，因為Audio 48K 實在太慢了，它的timing 很鬆，
和100MHz以上的device差太遠了，幾個ns的時間都要搶，會怕jitter使
資料錯誤的就在這裡，至於資料丟來丟去的本來就是我的工作，12M..33M
..100M..266M Hz都不會傳錯，我們的chip卻比一條光纖便宜。
不過沒有clk的傳法真的有問題，兩邊的震盪器都不會很準，所以一陣
子就無法同步而丟錯資料，SPDIF看來好多了，不過對音頻信號應該不
嚴重，另外USB也是沒有clk的link，他每傳六筆資料就一定要0->1或
1->0以便進行sync.

當然真的去量是最好的，你會發現地球不是圓的，，，，，，而是橢圓。

2000-08-29, 08:13 PM #2

Neil

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文章: 529

發信人: "Franz Wu" <[email protected]>, 看板: Audiophile
標題: Re: 關於光纖傳輸線...(光傳輸理論說明)
發信站: DCI HiNet (Thu Oct 28 02:05:55 1999)
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關於數位傳輸，長久以來一直在這個版上引起討論，
小弟不才碰巧所學是電機工程中的通訊領域，
對電路設計略知皮毛，希望能拋磚引玉，
釐清一下數位通訊的一些基本觀念。

首先，不管是數位或類比通訊，所依賴的傳輸媒介或技術，
大抵上都是利用自然界的某種物理量在時間軸上做連續的
改變來傳輸訊號，就目前科技所及，這些物理量本質上是
“類比”的，回到音響中所使用的 S/PDIF 來看，同軸數位線
傳的是電壓訊號，光纖傳的是“光的強度”。

在這裡必須先談一下光原件的工作方式，說到光傳輸大部
分的人會想到數位傳輸，光傳輸是可以做類比傳輸的，而
且“光類比傳輸”還被大量使用在有線電視系統中。光發
送原件的輸入是電壓，輸出是光，而光的強度通常都和
輸入電壓有相當程度的正相關，為了容易讓非電機背景
的人了解，可以想像是輸出光的強度和輸入電壓成正比。
而接收原件則反之，所以你可以把一個正弦波輸入發送原件
，把產生的光饋入接收原件，那麼接收原件的輸出端就可
得到原先的正弦波。

我們現在就可以澄清一個需要特別強調的觀念是，
決定訊號是所謂的數位或是類比者，並非是訊號本身，
或是傳輸的媒介，而是人！

所以我們可以說一個方波是類比訊號，同樣的也可以說
一個正弦波是數位訊號，甚至我隨手畫個亂七八糟的曲線
也可以說是數位訊號。舉個例子，各位如果有機會用示波器
看看你們面前的PC裡面的主機板的訊號的話（應該沒人會
懷疑這是數位訊號吧！？ :O）第一次看到的人的反應大概
都是這是什麼爛主機板？你有可能會完全認不出一般觀念
中數位訊號（長得像方波的那種）的樣子。老實說我覺得
PC主機板上的訊號還比較像正弦波。

重點來了！數位電路的工作是把類比訊號作數位的判別，
比方說電壓3V以上是1，以下是0。（其實大部分真正的電路
也不是如此，而是3.xV以上算1，1.xV以下算0）

所以即便是數位訊號，也是有訊號的好壞的差別，理想中的
數位訊號是同方波一樣的方整（這仍然是一個為了便於理解
的說法，真實的情形要視所採用的技術而定，不過在音響
用的 S/PDIF 中，不管是電氣訊號或光訊號傳輸，這樣說
應該沒錯）。
一個數位訊號如果不佳，會對電路有許多方面的影響，
就音響系統而言，常被討論的就屬兩方面：資料錯誤＆ jitter
當訊號不佳時，尤其是有雜訊時的誤判是很容易理解的。
但 jitter 就需要一些專業的電機背景知識，簡單來說，以一個
方波來說明，

﹍∣﹉﹉﹉∣﹍﹍﹍∣﹉﹉﹉∣﹍﹍﹍∣﹉﹉﹉∣﹍﹍﹍∣﹉﹉﹉∣﹍

當訊號不佳的時候，可能變成

﹍∣﹉﹉﹉╲﹍﹍﹍∕﹉﹉﹉﹨﹍﹍﹍／﹉﹉﹉╲﹍﹍﹍／﹉﹉﹉∣﹍

那麼電路會認為這個訊號是

﹍∣﹉﹉∣﹍﹍﹍﹍∣﹉﹉﹉∣﹍﹍﹍﹍∣﹉∣﹍﹍﹍﹍﹍∣﹉﹉∣﹍

雖然沒有錯誤的位元，但有 jitter （有人翻成時基誤差），
jitter 可以強烈影響數位類比轉換電路的工作，會直接影響
類比輸出的頻譜，當然就影響音色。
所以回過頭來看，CD轉盤的數位輸出、光輸出的原件、
光纖的材質與品質、接收原件的優劣、接收電路的效能，
甚至光纖如何使用（影響衰減）都會影響音質＆音色。

當然，光纖的影響個人也認為不是最大的，最大的仍是
CD轉盤的數位輸出＆接收電路的效能，及數位類比轉換
電路的設計，尤其是抗 jitter 能力。所以CD轉盤和DA的
優劣仍然是有差別。相信這和大部分音響迷的經驗相符。

也許有人會問，理論上兩家不同公司的CD＋DA聲音
應該是一樣的，但實際上每家公司的數位＆數類轉化部分
可以做到輸出一模一樣（如果用同樣的DA晶片），但轉
盤的抗震結構、DA的類比部分等許多方面仍然可以有很大
差距。這些都會對音色有很大影響。

至於阿達兄用的 toslink 是不是貴的一定比較好，那就
不一定了。

另外提到一個也是曾引發爭議的話題，不同種類的CDR
是否音色不同，個人的經驗是確實不同，連我老婆都可以
輕易聽出來，我認為主因是反射率對光學讀取的影響。
讀取出的電氣波形因材質反射率不同而改變，造成後續
處理的影響。就像是抗震處理對音色的影響是類似的道理。

另外的一個個人經驗是光纖不論貴賤，音色差不了很多，
但同軸就可以差非常多，我認為是光傳輸幾乎沒有阻抗
匹配問題，不像電氣傳輸阻抗＆阻抗匹配影響甚巨。

以上為個人的一點想法，望各位同好與先進指正

2000-08-29, 08:16 PM #3

Neil

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文章: 529

發信人: "Franz Wu" <[email protected]>, 看板: Audiophile
標題: Re: 關於光纖傳輸線...(光傳輸理論說明)
發信站: DCI HiNet (Thu Oct 28 23:43:41 1999)
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我想這樣的爭論是很有趣的~~~
波霸夫斯基兄與Airdon 兄的重點是認為資料沒錯誤就可以了
我非常同意以一般的音響環境不會有夠大的失真（<1e-10）
我不是拿 jitter 來唬人，而是如果兩位有機會重新回想
PCM的 modulation & de-modulation 的理論基礎與實作
會看出在 de-modulation 時 master clock accuracy 的重要性

For example, 原本是這樣的波形

﹍
　∣﹍﹍
　　　　∣﹍﹍
　　　　　　　∣﹍﹍
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

因為 jitter 變成

﹍
　∣﹍
　　　∣﹍﹍﹍
　　　　　　　∣﹍﹍
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

對頻譜有很大的影響

我相信仍然會有些人認為 jitter 沒這麼大的影響
那唯一的方法就是實驗來證明。

請有志驗證者來試作DAC的線路，我做過兩次DAC，
都是自己K datasheet，不買套件，自己 layout PCB，
使用的都是 BurrBrown PCM63PK。
請教過一些前輩，收集一些名廠線路，
在確認線路前，都用洞洞板做過實驗，
用PC的音效卡的 S/PDIF 輸出產生測試波形，
如果直接照 datasheet 把 receiver 和 over-sampling 兜起來
就灌入DA chips，使用頻譜分析儀＆示波器觀察輸出

再用 buffer 來處理 jitter（對！就是 buffer， buffer 是
處理 jitter 的各種技巧中必要的環節，當然還有許多其
他部分的線路與技巧），把處理過的訊號送入DA，
使用頻譜分析儀＆示波器觀察輸出，應該就會瞭解
jitter 到底是什麼及其對DA的影響。
其實我想強調的是，jitter 影響的是DA chip 的工作，
並不是資料正不正確，jitter 對DAC中的數位電路部分
確實沒有影響（除非 jitter 非常大），但對數位類比
轉換是有關鍵性的作用。

仍然可能有人覺得CD 轉盤的 digital output，不置於
太差吧，上次看過一台2萬多的轉盤，jitter 還是很大。
對於這些同好，我所能建議的，還是請他們作實驗。
在“類比式”示波器下（50MHz以上)，是可以用眼睛
直接看到 jitter 的形狀。

實在很久沒聽到DIYZone的吳兄的聲音出現在版上了，
不知吳兄對這些技術的想法如何？很期待聽到吳兄
對小弟這些技術觀念的指正。

2000-08-29, 08:21 PM #4

Neil

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發信人: [email protected] (波霸夫斯基), 看板: Audiophile
標題: Re: 關於光纖傳輸線...(光傳輸理論說明)
發信站: DCI HiNet (Sat Oct 30 00:38:32 1999)
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現在是在討論「點對點」的光纖或同軸傳輸線，請問一下，
這跟 Jitter 有何關係？

你兩次搬出 Jitter ，我只擔心「觀眾」會被你誤導以為
「光纖或同軸傳輸線與 jitter有關，而且會影響音質」。

所以我必須重申我的看法：

對負責將0101110數據經由(A)點傳到(B)點的光纖或同軸傳輸線而言
，只要光纖沒有折到、同軸線沒有生銹、斷裂，它就可以「完完全
全」、「一個bit 也不會錯」地完成傳送任務。

0101110(A)--------------------------------(B)0101110

在這段距離內，既然「一個 bit 也沒有錯」，哪來「影響音質」？

以同軸線來說，不管你用「路邊撿來的銅線」、「一米10元台幣的
印度洋電纜」、「K金線」、「純金線」、「銀線」、「量過陳進
興心電圖的醫療用線」...，只要是沒生銹、沒斷裂，所得到的結果
「都一樣」，再說一次：「都一樣」。
至於那些號稱聽的出來的人，你們何不在家裡另外請個人幫忙為你
進行「盲目測試」呢？

------------------------------------------------------
這些文章都是在討論以數位同軸與光纖之間到底有什麼差??很有趣的~~相信世界各地也有不少人在討論吧??

2000-08-29, 08:25 PM #5

Neil

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發信人: "Franz Wu" <[email protected]>, 看板: Audiophile
標題: Re: 關於光纖傳輸線...(光傳輸理論說明)
發信站: DCI HiNet (Fri Oct 29 08:50:57 1999)
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> 「路邊撿來的銅線」、「一米10元台幣的印度洋電纜」、
> 「K金線」、「純金線」、「銀線」、「量過陳進興心電圖
> 的醫療用線」...，只要是沒生銹、沒斷裂，所得到的結果
> 「都一樣」，再說一次：「都一樣」。

＊＊因為真的不一樣＊＊
如果你去電子科系的實驗室把儀器的探棒拿走，向老師
或助教說上面的那段話，你可能會得到 big surprise！

我念的是物理＆電機，照理說是相信數據大於耳朵的那一族，
就像是空氣的濕度會不會影響音質的問題，就我所唸過的
Acoustics 來看，影響未必沒有，只是人耳應該完全聽不出來。

就像是訊號線、喇叭線，有很多電子學上的參數，可以解釋
很多東西，只是在實務上真實的世界的複雜度太大，有許多
的 factors 彼此間互相拉鋸，很難把理論應用上，並非理論是
錯的或理論無用，而是我們人類的智慧與目前能掌握的工具
沒辦法處理很大複雜度的問題。

所以有些人就比線，因為經驗法則是有參考價值的。就像台
積電裡我的同學們，很多東西還是要靠經驗法則＆嘗試錯誤。
因為量子力學與固態物理中有很多東西雖有理論，但目前還

是沒有辦法用電腦完全模擬，因為太複雜了。

而且波霸夫斯基兄真的覺得台灣人中都沒有人有勇氣作盲目
測試嗎？我真的很懷疑如果我說我對自己做過，還拿我老婆
來做過，您是否會相信？還是您再看了我的 post 之後，就
已經把我定位成相信迷信、崇拜金耳朵的族類呢？

> 硬是要說：「聽得出來」，不但是在騙自己，也是在騙別人。
> 台灣的音響圈，早就該跳離這個層級了。

如果我把上面的命題改成

硬是要說：「聽不出來」，不但是在騙自己，也是在騙別人。
台灣的音響圈，早就該跳離這個層級了。

您有何感想？
您有無想過，也許我是對的，那麼認為我誤導別人的您正在
誤導別人。何以您有把握您一定是對的呢？您是否想過，
因為您沒見過金耳朵，就可以確定世上沒有金耳朵的存在？

我是標準的潛水艇，我花很長的時間寫這些post，只是心
血來潮，我並無意說服別人我是對的，因為我也可能是錯的。

但是我樂見在這個現在大概只剩****的版有人願意談談技術，
我能作的是分享我所受過的很紮實的物理與電機訓練中所學，
但希望討論的內容要有合理的論證，即便是學術討論也會有
意見完全相左的學派之爭，但希望的是真理能越辯越明。而
不是流於意氣。

至於有人問到對 jitter 對 digital audio 的影響的論斷來自何處，
請參考1980年代末期到1990初期，IEEE Transactions on
Signal Processing 和另外一本期刊（我忘了名字，也是 IEEE
Transactions on Acoustic xxxx，已經併入 IEEE Transactions on
Signal Processing），這些是老外的學術研究，應該不是台灣人
的迷信與迷思了吧？

雖然我對 jitter 的了解不敢說深入或正確，起碼理工人對
真實的追求和懷疑的標準，小弟自信還不致於太盲目。

關於傳輸子系統如何造成 jitter，對於音響DAC為何有影響，
還是請有心人把小弟的文章仔細的再看一遍吧！嚴格來說，
jitter 對數位電路也是有影響，只是除非 jitter 很嚴重，電路
大致上上能正常工作，但也有很多例子，在純粹數位的
世界裡，jitter 也是大問題，就像電信的許多傳輸技術，
比方說T1線路、衛星線路，尤其越高頻的系統，jitter 可
是會造成大問題，那不是音質，而是會直接造成資料錯誤
或流失。

2000-08-29, 08:31 PM #6

TonyShie1

Basic Member

加入日期: Jun 2000

您的住址: Taiwan

文章: 13

看到這篇post,忍不住出來說話.
(a)
據我所之光碟機的jitter來源有三:
1. pickup head
2. spindle motor控制轉動優劣
3. 碟片本身壓製優劣
其中又以(2)項影響最嚴重,所以高級CD player就想
辦法加重主軸重量,使之較鈍,不易產生抖動(jitter)
(但會使 seek 變差,PLL 鎖定時間也變長)
除此之外servo 控制的優劣當然亦會影響jitter

(b) 純粹用示波器是看不出jitter,一般都是用特殊儀器
(如 jitter meter ,modulation domain analayer (可能拼錯)

(c) 沒錯Jitter會影響Digital Auido error rate
但可能要夠大
一般而言,在CD DVD player jitter約幾十ns,而傳輸所
造成jitter我量不出來(也許有,但我量不出來),因傳輸
資料為數位聲音(通常為16bit ,44.1kHz)所以Neil兄所言

原本是這樣的波形

﹍
　∣﹍﹍
　　　　∣﹍﹍
　　　　　　　∣﹍﹍
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

因為 jitter 變成

﹍
　∣﹍
　　　∣﹍﹍﹍
　　　　　　　∣﹍﹍
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

應不容易發生.

(d) 傳統CD player會受(a)影響造成jitter,但DVD player play DVD disk
時,或新型CD-ROM(有高速Auido play) player CD disk 因資料已不是
直接送到digital out 而是經Buffer再傳出,所以jitter是由該chip IC
振盪器精準度來決定,因此在Digital out端,幾乎量不到Jitter

(e) CDR音質較原板差,除了jitter外,有其他因素,有時間在與大家討論

2000-08-30, 04:27 PM #8

700A Advance Member 加入日期: Aug 2000 您的住址: 台北縣文章: 318	Neil真是用功，音響也用功，使用掃描器也用功，怎樣，辨識率不錯喔，圖形也有出來...嘻嘻...
2000-08-30, 08:16 AM #7