Een oogdiagram wordt in de elektrotechniek gebruikt om een goed idee te krijgen van de signaalkwaliteit in het digitale domein. Om een golfvorm te genereren die analoog is aan een oogdiagram, kunnen we oneindige persistentie toepassen op diverse analoge signalen, alsmede op quasi-digitale signalen zoals blokgolf en puls, zoals gesynthetiseerd door een arbitraire frequentiegenerator (AFG).
Het oogdiagram ontleent zijn naam aan het feit dat het eruitziet als een menselijk oog. Het wordt eenvoudigweg gemaakt door opeenvolgende golfvormen over elkaar heen te leggen om een samengesteld beeld te vormen. Het oogdiagram wordt hoofdzakelijk gebruikt om digitale signalen te bekijken met het doel de effecten van vervorming te herkennen en de bron ervan te vinden.
Om het gebruik van een Tektronix MDO3104 oscilloscoop te demonstreren, sluiten we de AFG uitgang op het achterpaneel aan op een analoog ingangskanaal op het voorpaneel en drukken we op AFG zodat een sinusgolf wordt weergegeven. Dan drukken we op Acquire. In het menu aan de onderzijde drukken we op de softkey die overeenkomt met Waveform Display. Rechts gebruiken we de multifunctionele knop a om de oscilloscoop in te stellen op oneindige doorlooptijd. We zien een opeenvolging van golfvormen, de een na de ander.
Het is een eenvoudige zaak om verschillende plaatsen in een circuit te onderzoeken, kijkend naar het oogdiagram, om eventuele problemen te lokaliseren. Bijvoorbeeld, als een kabelloop een fout zou hebben veroorzaakt door knelling of kink, zouden de oogdiagrammen die aan beide uiteinden worden waargenomen verschillen, en de kabel zou kunnen worden gerepareerd of, waarschijnlijker, de gehele kabelloop zou kunnen worden vervangen.
In het algemeen zou het oogdiagram voor digitale signalen bestaan uit twee parallelle lijnen met een ogenblikkelijke stijg- en daaltijden die vrijwel onzichtbaar zijn. In de echte wereld zal zelfs een redelijk goed en redelijk aanvaardbaar digitaal signaal enige amplitude- en timingvariatie vertonen, die zich zal vertonen als discrete lijnen die niet precies liggen waar ze horen, maar niettemin volstaan. Als het er genoeg zijn, verschijnen er donkere gebieden.
Wat het identificeren van schadelijke anomalieën betreft, dit is allemaal een kwestie van gradatie. Er is geen alternatief voor het bekijken van oogdiagrammen van bestaande, bekende goede signalen. Een goed plan zou zijn om in flash drives oogdiagrammen op te slaan van signalen genomen op verschillende punten in goed functionerende digitale apparatuur.
Het is belangrijk te beseffen wat in een oogdiagram wordt getoond en wat niet wordt getoond. Bij digitale transmissie stroomt een opeenvolging van enen en nullen naar de ontvanger. De transmissie kan bestaan uit een lange reeks enen, een lange reeks nullen, een regelmatige of onregelmatige reeks die periodiek wordt herhaald, een quasi-willekeurige reeks of een willekeurige combinatie. Het oogdiagram zal onthullen of alles werkt zoals bedoeld of dat er fouten zijn die de transmissie vervormen, waardoor bijvoorbeeld een nul wordt ontvangen wanneer een één is verzonden.
Het oogdiagram zal niet onthullen of een onjuiste logische toestand is verzonden als gevolg van een programmeerfout of een hardwarefout. Dit geldt echter niet wanneer bepaalde tests worden uitgevoerd, zoals wanneer een transmissiepatroon aan beide uiteinden bekend is.
Eye diagram-analyse levert indrukwekkende hoeveelheden informatie op. Oogdiagramanalyse is waardevol bij ontwerp, debugging en onderhoud. Naarmate de frequentie toeneemt, duiken nieuwe problemen op. Transmissielijnverschijnselen moeten worden begrepen en aangepakt, vooral wat betreft impedantieaanpassing. Geringe fabricage- en installatiefouten verminderen de karakteristieke impedantie, en de daaruit voortvloeiende reflecties en botsingen van gegevens verhogen het foutenpercentage. Zelfs een kleine fout in het ontwerp van de printsporen of een constructiefout kan een volledig netwerk onderuit halen. De beste methode om dergelijke fouten op te sporen en te lokaliseren is door vergelijking van oogdiagrammen van voor en na (ten opzichte van de datastroom).
Wanneer de stroom door een klok wordt gestuurd, kan de oscilloscoop een oogdiagram genereren door opeenvolgende segmenten over elkaar heen te leggen. De triggering kan plaatsvinden bij opgaande of neergaande flanken. Het resulterende oogdiagram zal in meer of mindere mate afwijken van het rechthoekige vak dat zou overeenkomen met een perfecte transmissie.
De bovenste balk in een oogdiagram is het resultaat van discrete hoge logische toestanden die verticaal maar niet horizontaal samenvallen. Overlappende lage logische toestanden creëren de doorlopende onderste balk. Die alomtegenwoordige X-en die een bekend kenmerk van oogdiagrammen zijn, zijn het gevolg van opgaande en neergaande flanken die met regelmatige tussenpozen worden gesuperponeerd.
Hoge snelheid digitale transmissie wordt gekenmerkt door de introductie in het signaal van jitter. Het is te verwachten dat een elektronisch signaal tot op zekere hoogte periodiek zal zijn. Jitter is de afwijking van deze periodiciteit en is als zodanig schadelijk in termen van signaalgetrouwheid. Wat aan de ontvangende kant verschijnt, is niet waarheidsgetrouw aan de zendende kant wanneer er enige mate van jitter is. Dit geldt voor amplitude, frequentie en fase. Dienovereenkomstig kunnen we jitter definiëren als een soort tijdfout, een gevolg van stijg- en daaltijdfout. Onnodig te zeggen dat jitter duidelijk te zien is in een oogdiagram. Het komt erop neer dat jitter ontstaat uit een combinatie van interferentie tussen symbolen, overspraak, reflecties, thermische effecten en diverse willekeurige verschijnselen die alomtegenwoordig zijn in elektronische systemen.
Een hogere bitsnelheid vertaalt zich altijd in een verticaal kleinere oogopening. Tegelijkertijd maakt de timingfout, die zich uit in jitter, een groter deel uit van de golfvorm, zodat we op zoek kunnen gaan naar meer gegevensfouten.
Slechte afsluitingen aan de uiteinden van de media verhogen het aantal gegevensreflecties, een feit dat ook tot uiting komt in het uiterlijk van het oogdiagram. Lijnen die een enkel pad zouden moeten volgen worden meer gescheiden, wat resulteert in een chaotische verschijning in het oogdiagram, een zeker teken dat er problemen in het systeem zijn.
Eye diagram analyse is niet hetzelfde als een bit error rate onderzoek, maar de twee technieken worden vaak in combinatie gebruikt.
Bit error rate (BER) wordt berekend als het aantal bitfouten per tijdseenheid. Bitsynchronisatiefouten spelen een rol, evenals vervorming, interferentie en ruis. BER wordt meestal uitgedrukt als percentage. Het kan automatisch worden gedetecteerd en in een alfanumerieke uitlezing worden weergegeven, zodat deze metriek tijdens routine-onderhoudsinspecties kan worden gecontroleerd en gelogd, waarbij vaak wordt gewezen op zich ontwikkelende problemen voordat een feitelijke storing optreedt.
Nauw verwant is de pakketfoutfrequentie (PER). Een pakket wordt als onjuist beschouwd als het een of meer ongeldige bits bevat. Frames, blokken en symbolen worden aan een soortgelijke analyse onderworpen. Bij draadloze transmissie kan de PER verband houden met ongunstige weersomstandigheden of vreemde oorzaken, zoals het uitvallen van loofbomen die het signaalpad beïnvloeden.
De kwaliteit van de signaaltransmissie kan worden gecontroleerd met behulp van een bit error ratio tester (BERT), een draagbaar instrument dat wordt gebruikt om de effecten van ruis, vervorming, enz. te meten. In dit instrument zijn een patroongenerator, foutdetector, kloksignaalgenerator om deze blokken te synchroniseren, een digitale communicatieanalysator voor het weergeven van verzonden en ontvangen signalen, en apparatuur die elektrische-naar-optische en optische-naar-elektrische conversie uitvoert.
De meest gebruikelijke methode van signaaldiscriminatie is dat de ontvangende kant op een bepaald moment bepaalt of het binnenkomende signaal hoger of lager is dan een gespecificeerd spanningsniveau. Dit bepaalt of het ontvangen signaal logic high of logic low is.
Het demarcatiepunt kan op de golfvorm worden verplaatst. De gebruikelijke oplossing is het uit de buurt te plaatsen van het hoge niveau, het lage niveau, de opgaande flank of de neergaande flank. Op die manier komt het in de buurt van het centrum van het oog, waar het gemakkelijk kan worden geïdentificeerd.
Als experimenteel hulpmiddel voor het evalueren van apparaten, schakelingen, apparatuur of hele netwerken, is het oogdiagram voortreffelijk omdat het het totale effect laat zien van elke ruis of golfvorm als gevolg van intersymboolinterferentie of EMI-effecten. Bovendien kunnen deze storingen worden gelokaliseerd door veranderingen in het oogpatroon waar te nemen bij verplaatsing van de sonde. Veranderingen in kabel routing en karakteristieke impedantie aanpassingen zullen zichzelf suggereren als oogpatronen worden bestudeerd.