E eye diagram jest używany w elektrotechnice, aby uzyskać dobre wyobrażenie o jakości sygnału w domenie cyfrowej. Aby wygenerować przebieg analogiczny do diagramu oka, możemy zastosować nieskończoną trwałość do różnych sygnałów analogowych, jak również do sygnałów quasi-cyfrowych, takich jak fala kwadratowa i impuls, syntetyzowanych przez generator częstotliwości arbitralnych (AFG).
Wykres oka bierze swoją nazwę od faktu, że ma wygląd ludzkiego oka. Tworzy się go po prostu przez nakładanie na siebie kolejnych przebiegów w celu utworzenia obrazu złożonego. Diagram oka jest używany głównie do oglądania sygnałów cyfrowych w celu rozpoznania efektów zniekształceń i znalezienia ich źródła.
Aby zademonstrować użycie oscyloskopu Tektronix MDO3104, podłączamy wyjście AFG na tylnym panelu do analogowego kanału wejściowego na panelu przednim i naciskamy AFG, aby wyświetlić sinusoidę. Następnie naciskamy przycisk Acquire. W menu na dole nacisnąć przycisk programowy odpowiadający Waveform Display. Po prawej stronie używamy pokrętła wielofunkcyjnego a, aby ustawić oscyloskop na nieskończoną trwałość. Widzimy wyświetlanie kolejnych przebiegów jeden po drugim.
Prostą sprawą jest sondowanie różnych miejsc w obwodzie, patrząc na diagram oka, aby zlokalizować jakiekolwiek problemy. Na przykład, jeśli bieg kabla były mieć błąd spowodowany przez szczypanie lub zagięcia, wykresy oczu obserwowane na obu końcach będzie się różnić, a kabel może być naprawiony lub bardziej prawdopodobne, cały bieg może być wymieniony.
Idealnie, wykres oka dla sygnałów cyfrowych będzie składać się z dwóch równoległych linii z natychmiastowym wzrostem i spadkiem razy praktycznie niewidoczne. W świecie rzeczywistym, nawet dość dobry i całkiem akceptowalny sygnał cyfrowy będzie wykazywać pewną ilość amplitudy i zmienności czasu, który pojawi się jako dyskretne linie, które nie są dokładnie tam, gdzie należy, ale mimo to wystarczy. Jeśli jest ich wystarczająco dużo, pojawią się zaciemnione obszary.
Jeśli chodzi o identyfikację szkodliwych anomalii, to wszystko jest kwestią stopnia. Nie ma substytutu dla spojrzenia na diagramy oczu istniejących znanych dobrych sygnałów. Dobrym planem byłoby zapisanie w pamięci flash diagramów ocznych z sygnałów pobranych w różnych punktach prawidłowo działającego sprzętu cyfrowego.
Ważne jest, aby zdać sobie sprawę z tego, co jest pokazane na diagramie ocznym, a co nie jest pokazane. W transmisji cyfrowej do odbiornika płynie ciąg jedynek i zer. Transmisja może składać się z długiej serii jedynek, długiej serii zer, regularnej lub nieregularnej sekwencji, która powtarza się okresowo, serii quasi-losowej lub dowolnej kombinacji. Diagram oka ujawni, czy wszystko działa zgodnie z przeznaczeniem, czy też występują błędy, które zakłócają transmisję, powodując na przykład odbiór zera, gdy została wysłana jedynka.
Diagram oka nie ujawni, czy nieprawidłowy stan logiczny został wysłany w wyniku błędu programowania lub błędu sprzętowego. Nie dotyczy to jednak sytuacji, gdy przeprowadzane są pewne testy, np. gdy schemat transmisji jest znany na obu końcach.
Analiza diagramu oczkowego dostarcza imponujących ilości informacji. Analiza diagramu ocznego jest cenna przy projektowaniu, usuwaniu błędów i konserwacji. Wraz ze wzrostem częstotliwości pojawiają się nowe problemy. Należy zrozumieć i zmierzyć się ze zjawiskami występującymi w liniach transmisyjnych, szczególnie w zakresie dopasowania impedancji. Niewielkie błędy produkcyjne i instalacyjne pogarszają impedancję charakterystyczną, a wynikające z nich odbicia i kolizje danych zwiększają procent błędów. Nawet niewielki błąd w projektowaniu lub budowie obwodów drukowanych może spowodować awarię całej sieci. Najbardziej realną metodą identyfikacji i lokalizacji takich usterek jest porównanie diagramów oczkowych przed i po (w odniesieniu do strumienia danych).
Gdy przepływ jest kontrolowany przez zegar, oscyloskop może wygenerować diagram oczkowy przez nałożenie na siebie kolejnych segmentów. Wyzwalanie może następować na zboczach narastających lub opadających. Wynikający z tego diagram oka będzie odbiegał w większym lub mniejszym stopniu od prostokątnego pudełka, które odpowiadałoby doskonałej transmisji.
Górny pasek w diagramie oka jest wynikiem dyskretnych wysokich stanów logicznych, które zbiegają się w pionie, ale nie w poziomie. Nakładające się niskie stany logiczne tworzą ciągły dolny pasek. Te wszechobecne X, które są znaną cechą diagramów oczkowych, są spowodowane narastającymi i opadającymi krawędziami, które są nakładane w regularnych odstępach czasu.
Szybka transmisja cyfrowa charakteryzuje się wprowadzeniem do sygnału jittera. Należy się spodziewać, że sygnał elektroniczny będzie do pewnego stopnia okresowy. Jitter jest odchyleniem od tej periodyczności i jako taki jest szkodliwy z punktu widzenia wierności sygnału. To, co pojawia się po stronie odbiorczej, nie jest zgodne z intencjami po stronie nadawczej, gdy występuje jakikolwiek stopień jittera. Odnosi się to do amplitudy, częstotliwości i fazy. W związku z tym możemy zdefiniować jitter jako rodzaj błędu czasowego, konsekwencję błędu czasu narastania i opadania. Nie trzeba dodawać, że jitter widać wyraźnie na diagramie ocznym. Najważniejsze w kwestii jittera jest to, że powstaje on z kombinacji interferencji między symbolami, przesłuchów, odbić, efektów termicznych i różnych przypadkowych zjawisk, które są wszechobecne w systemach elektronicznych.
Większa szybkość bitowa zawsze przekłada się na pionowo mniejszy otwór oka. Jednocześnie, błąd taktowania przejawiający się w jitterze obejmuje większą część fali, więc możemy szukać więcej błędów w danych.
Złe zakończenia na końcach mediów zwiększają liczbę odbić danych, co również ujawnia się w wyglądzie diagramu oka. Linie, które powinny podążać jedną ścieżką, stają się bardziej rozdzielone, co skutkuje chaotycznym wyglądem diagramu oczkowego, co jest pewnym znakiem, że w systemie występują problemy.
Analiza diagramu oczkowego nie jest tym samym, co badanie bitowej stopy błędów, ale te dwie techniki są często stosowane w połączeniu.
Bitowa stopa błędów (BER) jest obliczana jako liczba błędów bitowych na jednostkę czasu. Błędy synchronizacji bitów są czynnikiem, jak również zniekształcenia, zakłócenia i szum. BER jest zwykle wyrażany jako wartość procentowa. Może on być automatycznie wykrywany i wyświetlany w postaci odczytu alfanumerycznego, więc metryka ta może być sprawdzana i rejestrowana w trakcie rutynowych przeglądów konserwacyjnych, często wskazując na rozwijające się problemy poprzedzające rzeczywistą awarię.
Blisko spokrewniony jest wskaźnik błędów pakietów (PER). Pakiet jest uważany za nieprawidłowy, jeśli zawiera jeden lub więcej nieprawidłowych bitów. Podobnej analizie poddawane są ramki, bloki i symbole. W transmisji bezprzewodowej, BER może być związany z niekorzystnymi warunkami pogodowymi lub dziwnymi przyczynami, takimi jak sezonowe wypadanie drzew liściastych wpływających na ścieżkę sygnału.
Jakość transmisji sygnału może być sprawdzona za pomocą testera współczynnika błędów bitowych (BERT), który jest przenośnym przyrządem używanym do pomiaru efektów szumów, zniekształceń, itp. W skład tego przyrządu wchodzi generator wzorca, detektor błędów, generator sygnału zegarowego do synchronizacji tych bloków, analizator komunikacji cyfrowej do wyświetlania sygnałów nadawanych i odbieranych oraz sprzęt wykonujący konwersję elektryczno-optyczną i optyczno-elektryczną.
Najczęściej stosowaną metodą dyskryminacji sygnału jest określenie przez odbiornik w danym momencie, czy sygnał przychodzący jest wyższy czy niższy od określonego poziomu napięcia. To określa, czy odbierany sygnał jest logicznie wysoki czy logicznie niski.
Punkt demarkacji może być przesuwany na fali. Zwykłym rozwiązaniem jest umieszczenie go z dala od wysokiego poziomu, niskiego poziomu, rosnącej krawędzi lub opadającej krawędzi. W ten sposób będzie on w pobliżu środka oka, gdzie może być łatwo zidentyfikowany.
Jako narzędzie eksperymentalne do oceny urządzeń, obwodów, sprzętu lub całych sieci, diagram oka jest doskonały, ponieważ pokazuje całkowity efekt dowolnego szumu lub fali z powodu zakłóceń intersymbolowych lub efektów EMI. Co więcej, zakłócenia te mogą być zlokalizowane poprzez obserwowanie zmian we wzorcu oka w miarę przemieszczania się sondy. Zmiany w prowadzeniu kabli i korekty impedancji charakterystycznej będą sugerować się w miarę badania wzorców oka.