Un diagrama de ojo se utiliza en ingeniería eléctrica para hacerse una idea de la calidad de la señal en el dominio digital. Para generar una forma de onda análoga a un diagrama de ojo, podemos aplicar la persistencia infinita a varias señales analógicas, así como a señales cuasi-digitales como la onda cuadrada y el pulso, tal y como se sintetiza en un generador de frecuencia arbitraria (AFG).

El diagrama de ojo toma su nombre del hecho de que tiene la apariencia de un ojo humano. Se crea simplemente superponiendo formas de onda sucesivas para formar una imagen compuesta. El diagrama de ojo se utiliza principalmente para observar las señales digitales con el fin de reconocer los efectos de la distorsión y encontrar su origen.

Para hacer una demostración utilizando un osciloscopio Tektronix MDO3104, conectamos la salida AFG del panel posterior a un canal de entrada analógica del panel frontal y pulsamos AFG para que aparezca una onda sinusoidal. A continuación, pulsamos Adquirir. En el menú de la parte inferior, pulsamos la tecla programable que corresponde a Visualización de la forma de onda. A la derecha, utilizamos el mando multifunción a para ajustar el osciloscopio para una persistencia infinita. Vemos desplegada una sucesión de formas de onda una sobre otra.

Es muy sencillo sondear diferentes lugares de un circuito, mirando el diagrama de ojos, para localizar cualquier problema. Por ejemplo, si un tramo de cable tuviera una avería causada por un pellizco o una torcedura, los diagramas de ojo observados en ambos extremos diferirían, y el cable podría repararse o, más probablemente, podría sustituirse todo el tramo.

En realidad, el diagrama de ojo para las señales digitales consistiría en dos líneas paralelas con unos tiempos de subida y bajada instantáneos prácticamente invisibles. En el mundo real, incluso una señal digital razonablemente buena y bastante aceptable mostrará cierta cantidad de variación de amplitud y tiempo, que se mostrará como líneas discretas que no están exactamente donde deben estar pero que, sin embargo, serán suficientes. Si hay suficientes, aparecerán zonas oscurecidas.

En cuanto a la identificación de anomalías perjudiciales, todo es cuestión de grado. No hay sustituto para mirar los diagramas de ojo de las señales buenas conocidas existentes. Un buen plan sería guardar en memorias flash diagramas de ojo de señales tomadas en varios puntos en equipos digitales que funcionen correctamente.

Es importante darse cuenta de lo que se muestra en un diagrama de ojo y lo que no se muestra. En la transmisión digital, una sucesión de unos y ceros fluye hacia el receptor. La transmisión puede consistir en una larga serie de unos, una larga serie de ceros, una secuencia regular o irregular que se repite periódicamente, una serie casi aleatoria o cualquier combinación. El diagrama ocular revelará si todo funciona según lo previsto o si hay fallos que distorsionan la transmisión, provocando, por ejemplo, la recepción de un cero cuando se ha enviado un uno.

El diagrama ocular no revelará si se ha enviado un estado lógico incorrecto por un error de programación o un fallo de hardware. Sin embargo, esto no se aplica cuando se realizan ciertas pruebas, como cuando se conoce un patrón de transmisión en ambos extremos.

El análisis del diagrama de ojos arroja cantidades impresionantes de información. El análisis del diagrama de ojo es valioso en el diseño, la depuración y el mantenimiento. A medida que aumenta la frecuencia, surgen nuevos problemas. Hay que comprender y afrontar los fenómenos de las líneas de transmisión, especialmente en lo que respecta a la adaptación de la impedancia. Ligeros errores de fabricación e instalación degradan la impedancia característica, y las reflexiones y colisiones de datos resultantes aumentan el porcentaje de error. Incluso un ligero error de diseño o de construcción de las trazas de PCB puede hacer caer toda una red. El método más viable para identificar y localizar tales fallos es la comparación de los diagramas de ojos antes y después (con respecto al flujo de datos).

Cuando el flujo está controlado por un reloj, el osciloscopio puede generar un diagrama de ojos superponiendo segmentos sucesivos. El disparo puede producirse en los flancos ascendentes o descendentes. El diagrama de ojo resultante se desviará en mayor o menor grado de la caja rectangular que correspondería a una transmisión perfecta.

La barra superior en un diagrama de ojo es el resultado de estados lógicos altos discretos que coinciden verticalmente pero no horizontalmente. Los estados lógicos bajos superpuestos crean la barra inferior continua. Esas omnipresentes X que son una característica familiar de los diagramas de ojo se deben a bordes ascendentes y descendentes que se superponen a intervalos regulares.

La transmisión digital de alta velocidad se caracteriza por la introducción en la señal de fluctuaciones. Es de esperar que una señal electrónica sea periódica hasta cierto punto. El jitter es la desviación de esta periodicidad y como tal es perjudicial en términos de fidelidad de la señal. Lo que aparece en el extremo de recepción no es fiel a la intención en el extremo de transmisión cuando hay algún grado de fluctuación. Esto se aplica a la amplitud, la frecuencia y la fase. En consecuencia, podemos definir el jitter como un tipo de error de sincronización, una consecuencia del error de tiempo de subida y bajada. Ni que decir tiene que el jitter aparece claramente en un diagrama ocular. La conclusión sobre el jitter es que surge de una combinación de interferencias entre símbolos, diafonía, reflexiones, efectos térmicos y diversos fenómenos aleatorios omnipresentes en los sistemas electrónicos.

Una mayor tasa de bits siempre se traduce en una apertura de ojos verticalmente menor. Al mismo tiempo, el error de temporización que se manifiesta en el jitter comprende una fracción mayor de la forma de onda, por lo que podemos buscar más errores en los datos.

Las malas terminaciones en los extremos de los medios aumentan el número de reflexiones de los datos, un hecho que también se revela en la apariencia del diagrama de ojo. Las líneas que deberían seguir un único camino se separan más, lo que da lugar a un aspecto caótico en el diagrama de ojos, una señal segura de que hay problemas en el sistema.

El análisis del diagrama de ojos no es lo mismo que una investigación de la tasa de error de bits, pero las dos técnicas se utilizan a menudo conjuntamente.

La tasa de error de bits (BER) se calcula como el número de errores de bits por unidad de tiempo. Los errores de sincronización de bits son un factor, así como la distorsión, la interferencia y el ruido. La BER suele expresarse en forma de porcentaje. Puede detectarse automáticamente y mostrarse en una lectura alfanumérica, por lo que esta métrica puede comprobarse y registrarse en el transcurso de las inspecciones rutinarias de mantenimiento, a menudo señalando problemas en desarrollo que preceden a una interrupción real.

Está estrechamente relacionada con la tasa de error de paquetes (PER). Un paquete se considera incorrecto si contiene uno o más bits no válidos. Las tramas, los bloques y los símbolos están sujetos a un análisis similar. En la transmisión inalámbrica, la BER puede estar relacionada con las condiciones meteorológicas adversas o con causas extrañas, como el abandono estacional de los árboles caducifolios, que afectan a la trayectoria de la señal.

La calidad de la transmisión de la señal puede comprobarse mediante un comprobador de la relación de errores de bits (BERT), que es un instrumento portátil utilizado para medir los efectos del ruido, la distorsión, etc. Dentro de este instrumento hay un generador de patrones, un detector de errores, un generador de señales de reloj para sincronizar estos bloques, un analizador de comunicaciones digitales para visualizar las señales transmitidas y recibidas, y un equipo que realiza la conversión de eléctrico a óptico y de óptico a eléctrico.

El método más común de discriminación de señales es que el extremo receptor determine en un momento determinado si la señal entrante es mayor o menor que un nivel de tensión especificado. Esto determina si la señal recibida es alta o baja lógica.

El punto de demarcación puede moverse en la forma de onda. La solución habitual es situarlo lejos del nivel alto, del nivel bajo, del borde ascendente o del borde descendente. De este modo, estará cerca del centro del ojo donde puede identificarse fácilmente.

Como herramienta experimental para evaluar dispositivos, circuitos, equipos o redes enteras, el diagrama de ojo es magnífico porque muestra el efecto total de cualquier ruido o forma de onda debido a la interferencia intersimbólica o a los efectos de la EMI. Además, estas perturbaciones pueden localizarse observando los cambios en el diagrama de ojo a medida que se desplaza la sonda. Los cambios en el trazado de los cables y los ajustes de la impedancia característica se sugerirán por sí mismos a medida que se estudien los patrones de los ojos.