O diagramă de ochi este utilizată în ingineria electrică pentru a obține o idee bună despre calitatea semnalului în domeniul digital. Pentru a genera o formă de undă analogă unei diagrame de ochi, putem aplica persistența infinită la diverse semnale analogice, precum și la semnale cvasidigitale, cum ar fi unda pătrată și impulsul sintetizate de un generator de frecvență arbitrară (AFG).

Diagrama ochiului își ia numele de la faptul că are aspectul unui ochi uman. Ea este creată pur și simplu prin suprapunerea unor forme de undă succesive pentru a forma o imagine compozită. Diagrama ochiului este utilizată în principal pentru a privi semnalele digitale în scopul recunoașterii efectelor de distorsiune și pentru a găsi sursa acesteia.

Pentru a demonstra utilizarea unui osciloscop Tektronix MDO3104, conectăm ieșirea AFG de pe panoul din spate la un canal de intrare analogică de pe panoul frontal și apăsăm AFG astfel încât să se afișeze o undă sinusoidală. Apoi apăsăm Acquire. Din meniul din partea de jos, apăsăm tasta soft care corespunde la Waveform Display (Afișare formă de undă). În dreapta, folosim butonul multifuncțional a pentru a seta osciloscopul pentru persistență infinită. Vedem afișată o succesiune de forme de undă una peste alta.

Este o chestiune simplă să sondați diferite locații dintr-un circuit, uitându-vă la diagrama oculară, pentru a localiza orice problemă. De exemplu, dacă o porțiune de cablu ar avea o defecțiune cauzată de o ciupire sau o îndoire, diagramele de ochi observate la ambele capete ar fi diferite, iar cablul ar putea fi reparat sau, mai probabil, întreaga porțiune ar putea fi înlocuită.

În mod normal, diagrama de ochi pentru semnalele digitale ar consta din două linii paralele cu timpi de creștere și descreștere instantanee, practic invizibile. În lumea reală, chiar și un semnal digital rezonabil de bun și destul de acceptabil va prezenta o anumită cantitate de variație a amplitudinii și a temporizării, care va apărea sub forma unor linii discrete care nu sunt exact la locul lor, dar care vor fi totuși suficiente. Dacă sunt suficient de multe, vor apărea zone întunecate.

În ceea ce privește identificarea anomaliilor dăunătoare, totul este o chestiune de grad. Nu există nici un substitut pentru a privi diagramele oculare ale semnalelor bune cunoscute existente. Un plan bun ar fi să se salveze în unități flash diagrame de ochi de la semnale luate în diferite puncte în echipamente digitale care funcționează corect.

Este important să se realizeze ce este arătat într-o diagramă de ochi și ce nu este arătat. În transmisia digitală, o succesiune de unu și zerouri curge către receptor. Transmisia poate consta dintr-o serie lungă de unu, o serie lungă de zerouri, o secvență regulată sau neregulată care se repetă periodic, o serie cvasi-aleatorie sau orice combinație. Diagrama oculară va dezvălui dacă totul funcționează așa cum a fost prevăzut sau dacă există defecte care distorsionează transmisia, provocând, de exemplu, recepționarea unui zero atunci când a fost trimis un unu.

Diagrama oculară nu va dezvălui dacă a fost trimisă o stare logică incorectă printr-o eroare de programare sau o defecțiune hardware. Cu toate acestea, acest lucru nu se aplică în cazul în care se fac anumite teste, ca atunci când un model de transmisie este cunoscut la ambele capete.

Analiza diagramei oculare produce cantități impresionante de informații. Analiza diagramei oculare este valoroasă în proiectare, depanare și întreținere. Pe măsură ce frecvența crește, apar noi probleme. Fenomenele liniei de transmisie trebuie să fie înțelese și confruntate, în special în ceea ce privește adaptarea impedanței. Ușoarele erori de fabricație și de instalare degradează impedanța caracteristică, iar reflexiile și coliziunile de date care rezultă cresc procentul de eroare. Chiar și o ușoară greșeală de proiectare sau de construcție a traseelor PCB poate duce la prăbușirea unei întregi rețele. Cea mai viabilă metodă de identificare și localizare a unor astfel de defecțiuni este compararea diagramelor de ochi înainte și după (în raport cu fluxul de date).

Când fluxul este controlat de un ceas, osciloscopul poate genera o diagramă de ochi prin suprapunerea segmentelor succesive. Declanșarea poate avea loc pe fronturi ascendente sau descendente. Diagrama ochi rezultată va devia mai mult sau mai puțin de la caseta dreptunghiulară care ar corespunde unei transmisii perfecte.

Bara de sus dintr-o diagramă ochi este rezultatul unor stări logice înalte discrete care coincid pe verticală, dar nu și pe orizontală. Suprapunerea stărilor logice joase suprapuse creează bara de jos continuă. Acele omniprezente X-uri care sunt o caracteristică familiară a diagramelor de ochi se datorează fronturilor ascendente și descendente care sunt suprapuse la intervale regulate.

Transmisia digitală de mare viteză este caracterizată de introducerea în semnal a jitterului. Este de așteptat ca un semnal electronic să fie periodic într-o anumită măsură. Jitterul reprezintă abaterea de la această periodicitate și, ca atare, este dăunător în ceea ce privește fidelitatea semnalului. Ceea ce apare la capătul de recepție nu este conform cu intenția de la capătul de transmisie atunci când există un anumit grad de jitter. Acest lucru este valabil pentru amplitudine, frecvență și fază. În consecință, putem defini jitterul ca fiind un tip de eroare de sincronizare, o consecință a erorilor de timp de creștere și scădere. Nu mai este nevoie să spunem că jitterul apare în mod clar într-o diagramă de ochi. În concluzie, în ceea ce privește jitterul, acesta apare dintr-o combinație de interferențe între simboluri, diafonie, reflexii, efecte termice și diverse fenomene aleatorii care sunt omniprezente în sistemele electronice.

O rată de biți mai mare se traduce întotdeauna printr-o deschidere a ochiului mai mică pe verticală. Concomitent, eroarea de sincronizare, așa cum se manifestă în jitter, cuprinde o fracțiune mai mare din forma de undă, astfel încât putem căuta mai multe erori de date.

Terminațiile slabe la capetele mediilor cresc numărul de reflexii ale datelor, fapt relevat și în aspectul diagramei ochiului. Liniile care ar trebui să urmeze o singură traiectorie devin mai separate, rezultând un aspect haotic în diagrama ochiului, un semn sigur că există probleme în sistem.

Analiza diagramei ochiului nu este același lucru cu o investigație a ratei de eroare de bit, dar cele două tehnici sunt adesea folosite împreună.

Rata de eroare de bit (BER) este calculată ca număr de erori de bit pe unitate de timp. Erorile de sincronizare a biților sunt un factor, precum și distorsiunea, interferențele și zgomotul. BER este de obicei exprimată ca procent. Acesta poate fi detectat automat și afișat într-o citire alfanumerică, astfel încât această măsurătoare poate fi verificată și înregistrată în cursul inspecțiilor de întreținere de rutină, indicând adesea problemele în curs de dezvoltare care preced o întrerupere reală.

În strânsă legătură cu aceasta este rata de eroare a pachetelor (PER). Un pachet este considerat incorect dacă conține unul sau mai mulți biți nevalabili. Cadrele, blocurile și simbolurile sunt supuse unei analize similare. În transmisia fără fir, BER poate fi legată de condițiile meteorologice nefavorabile sau de cauze ciudate, cum ar fi lăsarea sezonieră a copacilor de foioase care afectează calea semnalului.

Calitatea transmiterii semnalului poate fi verificată cu ajutorul unui tester al raportului de eroare pe bit (BERT), care este un instrument portabil utilizat pentru a măsura efectele zgomotului, ale distorsiunilor etc. În acest instrument sunt încorporate un generator de modele, un detector de erori, un generator de semnal de ceas pentru sincronizarea acestor blocuri, un analizor de comunicații digitale pentru afișarea semnalelor transmise și recepționate și un echipament care realizează conversia electric-optic și optic-electric.

Cea mai comună metodă de discriminare a semnalelor este ca la capătul de recepție să se determine la un moment dat dacă semnalul de intrare este mai mare sau mai mic decât un nivel de tensiune specificat. Acest lucru determină dacă semnalul recepționat este logic înalt sau logic scăzut.

Punctul de demarcație poate fi deplasat pe forma de undă. Soluția obișnuită este de a-l plasa departe de nivelul înalt, de nivelul scăzut, de frontul crescător sau de frontul descrescător. În acest fel, el va fi aproape de centrul ochiului, unde poate fi identificat cu ușurință.

Ca instrument experimental pentru evaluarea dispozitivelor, circuitelor, echipamentelor sau a unor rețele întregi, diagrama ochiului este superbă, deoarece arată efectul total al oricărui zgomot sau al oricărei forme de undă din cauza interferențelor intersimbolice sau a efectelor EMI. Mai mult, aceste perturbații pot fi localizate prin observarea schimbărilor în diagrama ochiului pe măsură ce sonda este deplasată. Modificările în rutarea cablurilor și ajustările impedanței caracteristice se vor sugera de la sine pe măsură ce se studiază modelele de ochi.