Toen we de invloed van switches op streamers wilden gaan onderzoeken, bleek dit niet heel eenvoudig te zijn. We weten dat het niet in de data zit – dat hebben we al eerder aangetoond – dus het moet wel in ‘ruis’ zitten. En dan – volgens collega’s die er veel meer verstand van hebben – vooral common mode ruis.
Om common mode op heel laag niveau te kunnen meten, is bijzonder gevoelige apparatuur nodig én is complete isolatie van de omgeving vereist. Immers: we willen niet de omgeving meten.
We hebben na wat onderzoek direct twee apparaten toegevoegd aan het arsenaal: een LISN, wat staat voor Line Impedance Stabilizer Network. En een CDN T8: een Coupling / Decoupling Network voor ethernet.
De LISN ontkoppelt het te meten apparaat van het lichtnet én laat het toe de ruis die het apparaat veroorzaakt te meten. LISN’s worden ingezet om zogenaamde EMC compliance tests te doen. Wij gebruiken de LISN ter isolatie én om de ruis van de voeding te meten. Wij hebben voor een model van Tekbox gekozen en hebben inmiddels de LISN-MATE erbij om common mode / differential mode te splitten.
Metalen plaat
U ziet op de foto een metalen plaat waarop de LISN staat én een verhoging waarop de te meten switch staat. Daarnaast staat weer een blauw doosje met een netwerkkabel en een meetkabel eraan.
Bij een test met een LISN en een CDN (daarover later meer) is het belangrijk dat zowel de LISN als de CDN dezelfde aarde delen. Het te testen apparaat moet op ongeveer 10cm staan, geïsoleerd van de rest. Deze setup is belangrijk, omdat dit inwerking van externe factoren elimineert. Nu doen we geen EMI pre compliance tests, maar we willen het wel goed doen.
Coupling / Decoupling Network
Met de LISN zijn we er nog niet. We moesten ook het netwerk ontkoppelen én de ‘poortruis’ van de switch kunnen meten. Daarvoor hebben we dus een zogenaamde CDN aangeschaft: een Coupling / Decoupling Network. We hebben gekozen voor een CDN-T8E van Com-Power (blauwe doosje). Deze werkt tot 230 MHz en kan alle vier de aderparen meten.
Ruis – enkele voorbeelden
Binnen een hifisysteem proberen we altijd ruis zo laag mogelijk te houden. Dat houdt in dat élk apparaat in de keten telt. Ook switches.
Nu was lang de gedachte dat switches helemaal niets konden verpesten. Immers: de poorten zijn ‘galvanisch ontkoppeld’: een transformatortje voor de netwerkpoort zorgt ervoor dat de boel geïsoleerd is. Data kan er mooi door, maar ruis niet… dachten we!
Feit is: geen enkele galvanische ontkoppeling is 100%. En toen we de ruis zijn gaan meten, zagen we grote verschillen.
Hierboven ziet u een Dlink 1210 switch. Deze ruist behoorlijk zoals u kunt zien. Zowel laagfrequent (Prism-meting, witte achtergrond) als hoogfrequent (spectrum analyzer) ziet u allerhande gerommel. Dat komt vooral door de PoE voeding in dit apparaat.
De piek bij de meting via de CDN zit op -65dB. De LAN-ruis laat veel gerommel in het begin zien. Daarbij is de ruisvloer over het algemeen gewoon erg hoog. Hoe we dat weten? Kijk naar de metingen hieronder!
Hierboven ziet u een andere switch: een Netgear GS108E. U ziet direct dat deze veel rustiger is. Over de gehele linie. Het is een switchmode adapter, dus een beetje rommel is niet gek. Maar u ziet direct dat de ruisvloer een stuk lager is dan bij de Dlink.
Vooral aan de LAN-kant zitten we een heel stuk lager: zowel laag- als hoogfrequent. De Dlink 1210 piekt direct in het begin, stort dan in en klapt weer omhoog. De gemiddelde ruisvloer ligt bij de Dlink op -60dBm. De Netgear begint lager, gaat naar -67dBm, maakt een bolletje richting -62dBm en zakt dan weer naar -72dBm. Dat is met een belaste poort. In rust zit de Netgear zeker 10dBm lager dan de Dlink in rust.
Common mode en Differential mode
Sinds kort kunnen we common mode en differential mode ruis splitsen. Dat was voorheen ook wel deels mogelijk met de current probe, maar het was wat lastiger. Nu is dat voor u niet zo belangrijk. Het gaat erom wat het is en waarom we het beide meten.
Common mode ruis is elektrische ruis die in gelijke richting gaat over de + en -. Het verplaatst tevens via capacitieve koppelingen naar de aarde. Deze capacitieve koppelingen kunnen ontstaan als bijvoorbeeld twee printsporen – of draden – met een verschillend potentieel dicht genoeg bij elkaar liggen om een lading op te wekken. Een goede ontwerper probeert dit te minimaliseren door draden en banen kort te houden en deze slim te groeperen.
Het is echter nooit helemaal te voorkomen. Common mode ruis wordt veelal opgewekt door deze koppelingen. Deze komen bijvoorbeeld voor in schakelende voedingen of digitale apparaten met processoren die op hogere frequenties werken. Deze circuits kunnen inwerken op de rest van het apparaat. Immers bekabeling en printbanen zijn indirect ook gewoon antennes.
Het filteren van common mode en differential mode ruis vereist een andere aanpak. Common mode is doorgaans wat lastiger, maar het kan wel flink worden verminderd door de op de juiste plekken common mode chokes toe te passen.
Wij vinden het interessant om te bekijken hoe goed fabrikanten hiermee omgaan. Common mode is namelijk heel vervelend in een hifisysteem, omdat het de weergavekwaliteit kan verslechteren door bijvoorbeeld de klok in een dac te beïnvloeden.