ジッタ (ジッタ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

ジッタ (ジッタ) の読み方

日本語表記

ジッタ (ジッタ)

英語表記

Jitter (ジッター)

ジッタ (ジッタ) の意味や用語解説

ジッタとは、デジタル信号において、信号が本来発生すべき理想的なタイミングから時間的にずれる現象の総称である。これは、クロック信号やデータ信号など、特定の周期性やタイミングの正確性が求められるあらゆるデジタル信号に発生し得る。具体的には、信号の立ち上がりや立ち下がりのエッジが、時間軸上で理想的な位置から前後にばらつき、揺れ動く状態を指す。この時間的なずれは非常に微細なものであっても、デジタルシステムの安定性や性能に深刻な影響を及ぼす可能性があるため、システム設計において重要な考慮事項となる。ジッタは、高速なデータ通信システム、プロセッサの動作クロック、オーディオ・ビデオ機器など、タイミングが重要な多様な分野で問題となる。 ジッタの発生要因は多岐にわたる。主な原因の一つは、システム内部や外部からのノイズである。電磁ノイズ（EMI）、電源ノイズ、信号線間のクロストークなどが信号波形に干渉し、そのエッジのタイミングを変動させる。また、信号を伝送する経路、すなわち伝送路自体の特性もジッタに大きく影響する。信号線のインピーダンスの不整合による反射、ケーブルやコネクタの品質、基板の配線設計不良などが信号の劣化や歪みを招き、結果としてジッタを増大させる。環境要因も影響し、温度変化や電源電圧の変動は半導体素子の特性を変え、タイミングの不安定さを引き起こすことがある。さらに、クロック信号を生成・分配するPLL（Phase Locked Loop）やDLL（Delay Locked Loop）などの回路そのものの性能限界や内部ノイズも、ジッタの根源となる場合がある。 ジッタはその性質によっていくつかの種類に分類される。ランダムジッタ（Random Jitter, RJ）は、熱ノイズやショットノイズといった予測不能な物理的要因に起因し、統計的にガウス分布に従うことが多い。これに対し、デターミニスティックジッタ（Deterministic Jitter, DJ）は、デューティサイクル（信号のHigh期間とLow期間の比率）の歪み、特定のデータパターンによって引き起こされるデータ依存ジッタ、電源変動やクロストークなどによる周期性ジッタといった、予測可能で再現性のある要因から生じる。トータルジッタ（Total Jitter, TJ）は、これらランダムジッタとデターミニスティックジッタを合わせたもので、特定のビットエラー率（BER）目標を達成するために許容される最大のジッタ量を示す指標として用いられる。 ジッタの測定には、主にオシロスコープやジッタアナライザが用いられる。オシロスコープでは、高速なサンプリングと詳細な波形解析により、信号のエッジのばらつきを直接観測できる。特に、多数の信号波形を重ねて表示する「アイパターン」は、ジッタを含む信号品質を視覚的に評価するための強力なツールである。理想的なアイパターンは開口部が広く、ジッタが大きいほど開口部が狭くなる。ジッタアナライザは、より専門的にジッタ成分を抽出し、その量や種類を詳細に解析するための専用測定器である。測定単位としては、UI（Unit Interval、単位時間間隔）の割合や、ピコ秒（ps）などの時間単位で表されることが多い。 ジッタがシステムに与える影響は深刻である。デジタル通信においては、ジッタが増大すると受信側でのデータサンプリングタイミングがずれ、ビット誤り率（BER）が増加する。これにより、データの再送処理が増え、実効的な通信スループットが低下したり、最悪の場合、通信が途絶したりすることもある。プロセッサのクロック供給ラインでは、クロック信号のジッタが回路内のタイミングマージンを減少させ、セットアップタイムやホールドタイムの違反を引き起こし、誤動作やシステムダウンにつながる可能性がある。オーディオ・ビデオシステムでは、ジッタがデジタル-アナログ変換（DAC）やアナログ-デジタル変換（ADC）のタイミング精度に影響を与え、音質や画質の劣化を引き起こす。例えば、音の歪みや映像のちらつき、同期ずれとして現れる。 ジッタを低減するための対策は多角的なアプローチを必要とする。信号品質の根本的な改善が重要であり、高速信号の伝送路においては、インピーダンスマッチングを徹底して信号の反射を抑制する。外部ノイズの混入を防ぐためには、適切なシールドやグランドプレーンの設計最適化が有効である。電源ラインの安定化も不可欠であり、適切なデカップリングコンデンサの配置や電源フィルタの導入が求められる。クロック生成回路には、低ジッタ性能を持つ高精度なPLLや水晶発振器を選定する必要がある。データ通信においては、8b/10b符号化などのDCバランスを保ち、データパターンに起因するジッタを抑制するような符号化方式を採用することも有効である。さらに、劣化した信号を途中で再生成するリタイマやリクロック回路を挿入し、クリーンなクロックを再生することで、ジッタの伝播を抑える手法も広く用いられている。これらの対策を総合的に講じることで、デジタルシステムの安定性と信頼性を向上させることが期待される。