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AD-Wandler

2013-12-13T12:36:59Z

Carsten s: Vandalismus rückgängig

Die Abkürzung AD-Wandler steht für einen Analog-Digital-Wandler (teilweise auch ADU, Analog-Digital-Umsetzer; im Englischen ADC Analog-Digital-Converter). Dieser wandelt eine [[analog|analoge]] Größe, meist eine Spannung, in einen [[digital|digitalen]] Wert um. Das Gegenstück ist der [[DA-Wandler]].

Die Auflösung mit der die analoge Größe gemessen wird bewegt sich zwischen 1 (Komparator) und 24 [[Digitaltechnik|Bit]]. Den durch die Wandlung entstehenden Fehler zwischen dem tatsächlichen Wert und dem ausgegebenen (gewandelten) Wert nennt man [[Quantisierung|Quantisierungsfehler]]. Er entsteht durch die unvermeidbare Rundung. Ferner entsteht durch die Nichtlinearität des Bauteils ebenfalls ein Fehler.

Der Wandlungsvorgang benötigt immer eine gewisse Zeit, während der die Eingangsgröße konstant bleiben muss. Das gilt auch für den Flash-ADC, da nicht alle Komparatoren gleich schnell sind. Hierfür werden sogenannte 'Track and Hold' bzw. 'Sample and Hold' Schaltungen verwendet, welche das Eingangssignal "einfrieren" während die AD-Wandlung läuft.

== Verfahren ==

* '''Flash'''- oder Parallel-Wandler verwenden für jeden Ausgangswert einen Komparator. Dadurch sind sie sehr schnell, aber auch teuer und stromhungrig. Flash-Wandler werden unter anderem in [[Oszilloskop#Digitale Oszilloskope|Digitalen Oszilloskopen]] eingesetzt.
* '''Sukzessive Approximation (SAR)''': Stufenweise Annäherung, Wägeverfahren. Benötigt einen [[DA-Wandler]], mit dem man sich Bit für Bit an die zu messende Spannung herantastet.
** Der interne AD-Wandler eines [[AVR]] verwendet diese Methode
* '''Single Slope, Dual Slope''' Verfahren: Werden meist in Multimetern oder ähnlichen Messgeräten verwendet da sie billig sind, wenig Strom brauchen und gute Linearitäten besitzen. Im Prinzip wird hier die Spannungsmessung über eine Zeitmessung realisiert (Zeitmessung des Auf- und Entladen eines Kondensators).
* '''Delta Sigma''': Vor allem für sehr genaue Messungen (24 Bit). Preisgünstig herstellbar, da nur ein Komparator und Logik-Elemente benötigt werden, dafür recht langsam. Werden vor allem im Audio-Bereich eingesetzt.
* '''Spannungs-Frequenz-Umsetzer''': Hier steuert die Eingangsspannung einen Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz möglichst linear von der Eingangsspannung abhängt (Frequenzmodulation).
* '''Nachlauf-Verfahren''': Es wird auch hier ein DAC benötigt, der von einem Auf-Abwärtszähler gesteuert wird. Ein Komparator steuert ob auf- oder abwärts gezählt wird.

== Kenngrößen ==

Als Kenngrößen gibt es bei einem ADC bedeutend mehr als nur die [[Auflösung und Genauigkeit | Auflösung]]. Z.B. wäre es nicht schlecht, wenn er keine sogenannten 'Missing-Codes' hätte. Hier fehlen einfach gewisse Ausgangswerte, die Kennline hat Sprünge.

Weiters wichtig ist die Linearität. Es kann sein, dass die Kennlinie nichtlinear ist (Kennlinie Ausgangscode-Eingangsspannung gebogen) oder aber die einzelnen Stufen sind nicht gleich groß.

Außerdem wichtig sind Eingangsrauschen, Samplingzeit und Stromverbrauch.

==Praxis==

=== Große Spannungen messen ===

Will man einen AD-Wandler dazu nutzen große Spannungen zu messen, so behilft man sich mit einem [[Spannungsteiler]] nach Masse. So wird erreicht, dass die maximale Eingangsspannung bzw. Referenzspannung des AD-Wandlers nicht überschritten werden. Über das bekannte Widerstandsverhältnis kann dann per Software vom AD-Wert auf die gemessene Spannung zurückgeschlossen werden.

=== Negative Spannungen messen ===

Will man nun negative Spannungen messen, steht man vor dem Problem, den AD-Wandler keinen negativen Spannungen aussetzen zu dürfen. Hier hilft auch ein [[Spannungsteiler]] nach Masse nicht weiter. Es ist jedoch genausogut möglich, einen Spannungsteiler auf eine positive Spannung, z. B. die Betriebsspannung des AD-Wandlers zu beziehen. Um verlässliche Messwerte zu erhalten, darf die Bezugsspannung nicht schwanken, sollte also z. B. von einem Spannungsregler oder besser noch von einer [[Spannungsreferenz]] wie z. B. LM336 erzeugt werden.

<pre>
Vcc
---
|
+-+
| | R1
+-+
|
+---o Uadc
|
+-+
| | R2
+-+
|
Uin- o---+
</pre>

<math>\mathrm{U_{adc}=(V_{CC}-U_{in-}) \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2} + U_{in-}}</math>

<math>\mathrm{U_{in-}=\frac{U_{adc}-V_{CC} \cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}}{1-\frac{R_2}{R_1+R_2}}}</math>

Bei differentieller Messung sind Bezugsspannungsschwankungen theoretisch kein Problem, praktisch bildet man aber eine Art Wheatstone-Brücke nach, sodass durch die Toleranzen der Widerstände große Abweichungen auftreten können, wenn sich die Bezugsspannung ändert (z. B. Batteriebetrieb).

Siehe auch im Forum:
*[http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-173727.html Mit AD-Wandler negative Spannungen messen]
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/78480 Vcc gegen interne Referenz messen] (AVR)
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/214334#2131984 Forumsbeitrag]: Berechung der Auflösung und des Messwerts, immer durch 2^N und nicht 2^N-1
*[http://www.mikrocontroller.net/topic/261692#2715803 Forumsbeitrag] Warum man manchmal auch durch 2^N-1 dividieren will

=== Wechselspannung mit AC-Kopplung messen ===

In manchen Fällen, zum Beispiel bei Audio-Signalen, interessiert man sich nicht für den Gleichspannungsanteil (DC), sondern nur für den Wechselspannungsanteil (AC) eines Signals. In diesem Fall kann man durch einen Kondensator in Reihe eine sogenannte AC-Kopplung herstellen. Näheres dazu im Beitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/90989#new AC Kopplung wie groß muss der Kondensator sein?].

=== Genaues Messen und Fixed-Point Arithmetik ===

Siehe Forumsbeitrag [http://www.mikrocontroller.net/topic/170454#1630106 ADC und Fixed-Point Arithmetik] von Bernd N. und den Artikel [[Festkommaarithmetik]].

Zitierte Appnotes:
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2559.pdf AVR120: Characterization and Calibration of the ADC on an AVR] (PDF)
* [http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf AVR121: Enhancing ADC resolution by oversampling] (PDF)

== Externe AD-Wandler Bausteine ==
=== ADC I2C/TWI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x12 Bit ADC MAX1238]
* [http://www.mikrocontroller.net/topic/182614 12x10 Bit ADC MAX1138]
* [http://www.jtronics.de/platinen.html 12x8 Bit ADC MAX1038]
* [http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1890 8 x 12bit ADC MAX127]

=== ADC SPI BUS ===
* [http://www.mikrocontroller.net/part/TLC549 1x8 Bit TLC549], sukzessive Approximation
* [http://www.mikrocontroller.net/part/MCP3551 1x22 Bit MCP3551], Delta Sigma

=== ADC UART BUS ===
*

=== ADC CAN BUS ===
*

== Weblinks ==

* [http://www.tu-ilmenau.de/fakia/Interfacetechnik.5279.0.html Vorlesung Interfacetechnik] von Dr.-Ing. Norbert Hirt an der TU Ilmenau
* [http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/adcpro.html Simulationssoftware für AD Wandler]

[[Category:Bauteile]]
* [http://www.embedded.com/design/212101523 The ABC's of A-D converter latency] by Bonnie Baker, Texas Instruments (via Embedded.com)
* [http://www.embedded.com/design/multicore/217700911?printable=true Writing software drivers for analog to digital converters], By Mark Thoren and Leo Chen, Linear Technology Corp., Embedded.com, ([[I2C]])

H-Brücken Übersicht

2013-12-12T11:33:57Z

Carsten s: Vandalismus rückgängig

== Integrierte H-Brücken ==

H-Brücken dienen der Ansteuerung von bipolaren Relais, Magnetventilen, Gleichstrom-oder [[Schrittmotoren]]. Damit kann sowohl die Drehrichtung als auch die Drehzahl per [[PWM]] gesteuert werden. Der Vorteil integrierter H-Brücken ist die kompakte Bauform.

(Tabelle mit Klick im Kopfbereich sortierbar)
{| border="1" class="sortable" id="h-bruecken"
|-
!Bezeichnung
!Spannungsbereich [V]
!Dauerstrom [A]
!Spitzenstrom [A]
!max. PWM Frequenz [kHz]
!Gehäuse
!Preis [€]
!Lieferanten
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/MC33887 MC33887]
|5-28
|5
|6.5 (intern limitiert)
|10
|20-Pin HSOP, 36-Pin PQFN, 54-Pin SOICW
|3,20
|[[Elektronikversender#Farnell|Far]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/SI9987 Si9987]
|3,8-13,2
|1 (bei 5V Versorgung)
|1,5
|500
|SO-08
|3,93
|[[Elektronikversender#Farnell|Far]] [http://www.vishay.com/power-ics/external-motor-driver/], RS
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L293 L293D]
|4,5-36
|0,6 (2x)
|1,2
|10
|DIL16,SO-20
|1,20 (DIL), 2,80 (SO)
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L272 L272D]
|40
|0,7
|
|
|8-DIP 16-SOP
|1,05
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L298 L298N]
|4,5-36
|2 (2x)
|3
|40
|Multiwatt15
|2,15
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L6202 L6202]
|12-42
|1,5
|
|100
|Dip 18
|3,55
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L6203 L6203]
|12-48
|4
|10
|100
|Multiwatt11
|4,05
|[[Elektronikversender#Farnell|Far]],[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/L6219 L6219]
|12-52
|0,75 (2x, dual)
|1
|100
|S-Dip 24
|1,70
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/MC3479 MC3479]
|7,2-16
|0,35 (2x, dual)
|
|100
|Dip 16
|4,10
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/TLE4207 TLE4207]
|18
|0,8
|
|
|
|2,70
|RS
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/TC4426 TC4426COA]
|4,5-18
|
|1,5
|
|SO-08
|0,80
|RS
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/PBL3717 PBL3717A]
|10-46
|?
|1
|
|DIL16
|2,60
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/TEA3718 TEA3718A]
|10-50
|1,2 "recommended"
|1,5
|
|DIL16
|1,90
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
| [http://www.mikrocontroller.net/part/VNH3ASP30 VNH3ASP30-E]
| 5,5-16
| 30
|
| 20
| MPSO30
| 3,20
| [[Elektronikversender#Spoerle|Spo]], ca. 320 EUR/100 Stk.
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/VNH2SP30 VNH2SP30]
|5,5-16
|30
|
|20
|MPSO30
|
|[[Elektronikversender#Schukat_elektronic|Schukat]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/BA6845FS BA6845FS]
|2,7-9
|
|1
|
|SSOP-A16
|1,35
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/TDA7073 TDA7073]
|3-18
|0.6
|1
|176
|DIP16, SO16
|1,15
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]](DIP)
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/ZXMHC6A07T8TA ZXMHC6A07T8TA]
|60
|1.5
|7.2
|1000 ?
|SM8
|1,10
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/VNH3SP30-E VNH3SP30-E]
|5,5-40
|30 (Vollbrücke)
|
|10
|MPSO30
|5,45
|[[Elektronikversender#Reichelt|Rei]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/BD6211 BD6211]
|3-5,5
|0,5 - 2
|
|100
|SOP8, HRP7
|1,70
|[[Elektronikversender#Farnell|Far]]
|-
|[http://www.mikrocontroller.net/part/DRV8833 DRV8833]
|2,7-10,8
|1,5 (2x, dual)
|2
|?, 50kHz int. Strombegr.
|HTSSOP, QFN
|3,70
|[[Elektronikversender#Farnell|Far]]
|}

== Diskrete H-Brücken ==

Der Vorteil diskreter H-Brücken sind die wesentlich grösseren Schaltströme, da hier große, diskrete [[FET | MOSFETs]] genutzt werden können. Passende MOSFETs findet man in der [[MOSFET-Übersicht]], den passenden [[Treiber]] im gleichnamigen Artikel. Die MOSFETs brauchen dann meist einen [[Kühlkörper]].

== Module / Bausätze mit H-Brücken ==
* [https://www.ssl-id.de/b-redemann.de/catalog/product_info.php?products_id=161 Modul mit L293]
* [https://www.ssl-id.de/b-redemann.de/catalog/product_info.php?products_id=162 Modul mit L298]

== Links ==

* [[Mosfet-Übersicht]]
* [[Elektronikversender]]

[[Kategorie:Liste mit Bauteilen]]

Augendiagramm

2013-11-19T06:38:13Z

Carsten s: Unsinnigen Comic-Link nochmals entfernt.

Erklärung der Entstehung eines sogenannten Augendiagramms

''von [[Benutzer:engineer|J.S.]]''

= Bedeutung =

Ein Augendiagramm ist eine bildliche Darstellung eines elektrischen Signalverlaufs, mit dessen Hilfe die Signalqualität einer digitalen Datenübertragung beurteilt werden kann. Es entsteht durch die grafische Überlagerung von mehreren Messungen eines Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Phasen. Es entsteht eine Art von Summation der statistisch verteilten Signalverläufe.

Durch die zufälligen Einflüsse, denen das Signal unterworfen ist, verlaufen die theoretisch unendlich steilen Übergänge von 0 auf 1 und umgekehrt dabei nicht mathematisch rechteckig oder konstant an derselben Stelle, sondern als mehr oder weniger breit verschmierte Rampen, wodurch im Zentrum die typische Form eines Auges entsteht.

= Datengewinnung =
Das Signal wird mehrfach vermessen und die Ergebnisse phasenrichtig überlagert. Im folgenden Beispiel werden aus technischen Gründen alle Kombinationen von Bitfolgen durchgespielt und jeweils 4er-Gruppen überlagert. 3er-GRuppen bei einer ausgewählten Bitfolge würden ebenfalls genügen. Aus Darstellungsgründen sind Punkte statt Linien verwendet, da sich in Excel sonst ein unschöner Rücklauf ergebn würde. Zudem sind dies die realen Messpunkte des Signals.

== Teildatensatz Beginn==

[[Datei:Eye-pattern-explain1.gif]]
Signalverlauf der ersten drei Kombinationen 0000.0001.0010
{{Absatz}}

Beim Signalverlauf der ersten drei Kombinationen rangiert die Spannung bei 0,2V-3,2V und zeigt einen overshoot von 0,3V. Die Pegel sind erst in der Mitte des Bits voll eingeschwungen, was auch den Zacken links (abklingende "1" zu Beginn der 3. Gruppe) erklärt.

== Teildatensatz Mitte==

[[Datei:Eye-pattern-explain2.gif]]
Signalverlauf des Übergangs von 0111.1000
{{Absatz}}

Bei den Kombinationen 0111 und 1000 erkennt man den Übergang von overshoot in den statischen Bereich der eigentlich richtigen Spannung, wenn die Bits lange genug stabil bleiben und sich nicht schon im nächsten Takt wieder ändern.

== Gesamter Datensatz wenige Durchläufe==
[[Datei:Eye-pattern-explain3.gif]]
Signalverläufe aller Kombinationen überlagert.
{{Absatz}}

Bei sich schnell ändernden Bits kommt immer mehr die Bandbreite des Kabels und der Treiber/Empfänger zur Geltung sodass sich das Auge langsam schließt.

Durch Aufsummieren aller statistisch auftretenden Signalverläufe und Histogrambildung entsteht das eigentliche Augendiagramm.

== Gesamter Datensatz viele Durchläufe==

[[Datei:Eye-pattern-explain4.gif]]
Eingefärbtes Augendiagramm
{{Absatz}}

Das 2D-Histogrammbild, das zunächst für jeden Bildpunkt in der T,U-Ebene (Zeitpunkt/Phase sowie Spannung) die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Durchlaufs darstellt, wird mit einem Farbprofil ähnlich der Wärmekameras eingefärbt, um die Häufungen zu zeigen. Massgeblich ist letzlich die Breite und Höhe des Auges. Das Zentrum definiert den Punkt, an dem die Abtastung optimal ist.

Zu berücksichtigen sind dabei auch die absoluten Pegel, die jeweils den Empfänger sicher durchsteuern müssen.

= Interpretationsproblem =
Bei differentiellen Leitungen entsteht bei der längeren Betrachtung der beiden Signale in den Fällen starker Störungen oftmals der Eindruck, dass das Auge geschlossen sei und keine Übertragung möglich ist. Dies muss jedoch nicht der Fall sein! Differenzielle Leitungen sind oftmals von Störungen in gleicher Weise betroffen und zeigen einen ähnlichen Spannungshub, der vom differenziellen Verstärker tolerant verarbeitet werden kann. Daher kommt mitunter dennoch wieder ein stabiles und jederzeit eindeutiges Signal heraus. Daher müssen differentielle Leitungen vor und nach dem Receiver betrachtet werden. Ist das nicht möglich, weil der Receiver in einem FPGA sitzt, muss der Logikpegel anhand von realen Messungen validiert werden.

=Anwendungsbeispiele=
* Lokalisierung von Problemen
* Optimierung der Impedanzanpassung
* Formelle Validierung
* Bestimmung der Störreserve

= Fußnoten =
<references/>

=Links=

http://www.mikrocontroller.net/topic/233342

Suche im Forum nach
* [http://www.mikrocontroller.net/search?query=Augendiagramm eye pattern]

[[Kategorie:Signalverarbeitung]]
[[Kategorie:Grundlagen]]

=Weblinks=

* http://it.e-technik.uni-ulm.de/archiv/World/Teaching/Experiment/eye/eye.html
* https://home.zhaw.ch/~rur/ntm/unterlagen/ntmkap54opt.pdf

Augendiagramm

2013-11-18T06:59:53Z

Carsten s: Alternatives Vorlesungsskript zum Thema Basisband/Augendiagramm hinzugefügt.

Erklärung der Entstehung eines sogenannten Augendiagramms

''von [[Benutzer:engineer|J.S.]]''

= Bedeutung =

Ein Augendiagramm ist eine bildliche Darstellung eines elektrischen Signalverlaufs, mit dessen Hilfe die Signalqualität einer digitalen Datenübertragung beurteilt werden kann. Es entsteht durch die grafische Überlagerung von mehreren Messungen eines Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Phasen. Es entsteht eine Art von Summation der statistisch verteilten Signalverläufe.

Durch die zufälligen Einflüsse, denen das Signal unterworfen ist, verlaufen die theoretisch unendlich steilen Übergänge von 0 auf 1 und umgekehrt dabei nicht mathematisch rechteckig oder konstant an derselben Stelle, sondern als mehr oder weniger breit verschmierte Rampen, wodurch im Zentrum die typische Form eines Auges entsteht.

= Datengewinnung =
Das Signal wird mehrfach vermessen und die Ergebnisse phasenrichtig überlagert. Im folgenden Beispiel werden aus technischen Gründen alle Kombinationen von Bitfolgen durchgespielt und jeweils 4er-Gruppen überlagert. 3er-GRuppen bei einer ausgewählten Bitfolge würden ebenfalls genügen. Aus Darstellungsgründen sind Punkte statt Linien verwendet, da sich in Excel sonst ein unschöner Rücklauf ergebn würde. Zudem sind dies die realen Messpunkte des Signals.

== Teildatensatz Beginn==

[[Datei:Eye-pattern-explain1.gif]]
Signalverlauf der ersten drei Kombinationen 0000.0001.0010
{{Absatz}}

Beim Signalverlauf der ersten drei Kombinationen rangiert die Spannung bei 0,2V-3,2V und zeigt einen overshoot von 0,3V. Die Pegel sind erst in der Mitte des Bits voll eingeschwungen, was auch den Zacken links (abklingende "1" zu Beginn der 3. Gruppe) erklärt.

== Teildatensatz Mitte==

[[Datei:Eye-pattern-explain2.gif]]
Signalverlauf des Übergangs von 0111.1000
{{Absatz}}

Bei den Kombinationen 0111 und 1000 erkennt man den Übergang von overshoot in den statischen Bereich der eigentlich richtigen Spannung, wenn die Bits lange genug stabil bleiben und sich nicht schon im nächsten Takt wieder ändern.

== Gesamter Datensatz wenige Durchläufe==
[[Datei:Eye-pattern-explain3.gif]]
Signalverläufe aller Kombinationen überlagert.
{{Absatz}}

Bei sich schnell ändernden Bits kommt immer mehr die Bandbreite des Kabels und der Treiber/Empfänger zur Geltung sodass sich das Auge langsam schließt.

Durch Aufsummieren aller statistisch auftretenden Signalverläufe und Histogrambildung entsteht das eigentliche Augendiagramm.

== Gesamter Datensatz viele Durchläufe==

[[Datei:Eye-pattern-explain4.gif]]
Eingefärbtes Augendiagramm
{{Absatz}}

Das 2D-Histogrammbild, das zunächst für jeden Bildpunkt in der T,U-Ebene (Zeitpunkt/Phase sowie Spannung) die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Durchlaufs darstellt, wird mit einem Farbprofil ähnlich der Wärmekameras eingefärbt, um die Häufungen zu zeigen. Massgeblich ist letzlich die Breite und Höhe des Auges. Das Zentrum definiert den Punkt, an dem die Abtastung optimal ist.

Zu berücksichtigen sind dabei auch die absoluten Pegel, die jeweils den Empfänger sicher durchsteuern müssen.

= Interpretationsproblem =
Bei differentiellen Leitungen entsteht bei der längeren Betrachtung der beiden Signale in den Fällen starker Störungen oftmals der Eindruck, dass das Auge geschlossen sei und keine Übertragung möglich ist. Dies muss jedoch nicht der Fall sein! Differenzielle Leitungen sind oftmals von Störungen in gleicher Weise betroffen und zeigen einen ähnlichen Spannungshub, der vom differenziellen Verstärker tolerant verarbeitet werden kann. Daher kommt mitunter dennoch wieder ein stabiles und jederzeit eindeutiges Signal heraus. Daher müssen differentielle Leitungen vor und nach dem Receiver betrachtet werden. Ist das nicht möglich, weil der Receiver in einem FPGA sitzt, muss der Logigpegel anhand von realen Messungen validiert werden.

=Anwendungsbeispiele=
* Lokalisierung von Problemen
* Optimierung der Impedanzanpassung
* Formelle Validierung
* Bestimmung der Störreserve

= Fußnoten =
<references/>

=Links=

http://www.mikrocontroller.net/topic/233342

Suche im Forum nach
* [http://www.mikrocontroller.net/search?query=Augendiagramm eye pattern]

[[Kategorie:Signalverarbeitung]]
[[Kategorie:Grundlagen]]

=Weblinks=

* http://it.e-technik.uni-ulm.de/archiv/World/Teaching/Experiment/eye/eye.html
* https://home.zhaw.ch/~rur/ntm/unterlagen/ntmkap54opt.pdf

Augendiagramm

2013-11-18T06:57:13Z

Carsten s: Inzwischen passwortgeschützten Weblink entfernt.

Erklärung der Entstehung eines sogenannten Augendiagramms

''von [[Benutzer:engineer|J.S.]]''

= Bedeutung =

Ein Augendiagramm ist eine bildliche Darstellung eines elektrischen Signalverlaufs, mit dessen Hilfe die Signalqualität einer digitalen Datenübertragung beurteilt werden kann. Es entsteht durch die grafische Überlagerung von mehreren Messungen eines Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Phasen. Es entsteht eine Art von Summation der statistisch verteilten Signalverläufe.

Durch die zufälligen Einflüsse, denen das Signal unterworfen ist, verlaufen die theoretisch unendlich steilen Übergänge von 0 auf 1 und umgekehrt dabei nicht mathematisch rechteckig oder konstant an derselben Stelle, sondern als mehr oder weniger breit verschmierte Rampen, wodurch im Zentrum die typische Form eines Auges entsteht.

= Datengewinnung =
Das Signal wird mehrfach vermessen und die Ergebnisse phasenrichtig überlagert. Im folgenden Beispiel werden aus technischen Gründen alle Kombinationen von Bitfolgen durchgespielt und jeweils 4er-Gruppen überlagert. 3er-GRuppen bei einer ausgewählten Bitfolge würden ebenfalls genügen. Aus Darstellungsgründen sind Punkte statt Linien verwendet, da sich in Excel sonst ein unschöner Rücklauf ergebn würde. Zudem sind dies die realen Messpunkte des Signals.

== Teildatensatz Beginn==

[[Datei:Eye-pattern-explain1.gif]]
Signalverlauf der ersten drei Kombinationen 0000.0001.0010
{{Absatz}}

Beim Signalverlauf der ersten drei Kombinationen rangiert die Spannung bei 0,2V-3,2V und zeigt einen overshoot von 0,3V. Die Pegel sind erst in der Mitte des Bits voll eingeschwungen, was auch den Zacken links (abklingende "1" zu Beginn der 3. Gruppe) erklärt.

== Teildatensatz Mitte==

[[Datei:Eye-pattern-explain2.gif]]
Signalverlauf des Übergangs von 0111.1000
{{Absatz}}

Bei den Kombinationen 0111 und 1000 erkennt man den Übergang von overshoot in den statischen Bereich der eigentlich richtigen Spannung, wenn die Bits lange genug stabil bleiben und sich nicht schon im nächsten Takt wieder ändern.

== Gesamter Datensatz wenige Durchläufe==
[[Datei:Eye-pattern-explain3.gif]]
Signalverläufe aller Kombinationen überlagert.
{{Absatz}}

Bei sich schnell ändernden Bits kommt immer mehr die Bandbreite des Kabels und der Treiber/Empfänger zur Geltung sodass sich das Auge langsam schließt.

Durch Aufsummieren aller statistisch auftretenden Signalverläufe und Histogrambildung entsteht das eigentliche Augendiagramm.

== Gesamter Datensatz viele Durchläufe==

[[Datei:Eye-pattern-explain4.gif]]
Eingefärbtes Augendiagramm
{{Absatz}}

Das 2D-Histogrammbild, das zunächst für jeden Bildpunkt in der T,U-Ebene (Zeitpunkt/Phase sowie Spannung) die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Durchlaufs darstellt, wird mit einem Farbprofil ähnlich der Wärmekameras eingefärbt, um die Häufungen zu zeigen. Massgeblich ist letzlich die Breite und Höhe des Auges. Das Zentrum definiert den Punkt, an dem die Abtastung optimal ist.

Zu berücksichtigen sind dabei auch die absoluten Pegel, die jeweils den Empfänger sicher durchsteuern müssen.

= Interpretationsproblem =
Bei differentiellen Leitungen entsteht bei der längeren Betrachtung der beiden Signale in den Fällen starker Störungen oftmals der Eindruck, dass das Auge geschlossen sei und keine Übertragung möglich ist. Dies muss jedoch nicht der Fall sein! Differenzielle Leitungen sind oftmals von Störungen in gleicher Weise betroffen und zeigen einen ähnlichen Spannungshub, der vom differenziellen Verstärker tolerant verarbeitet werden kann. Daher kommt mitunter dennoch wieder ein stabiles und jederzeit eindeutiges Signal heraus. Daher müssen differentielle Leitungen vor und nach dem Receiver betrachtet werden. Ist das nicht möglich, weil der Receiver in einem FPGA sitzt, muss der Logigpegel anhand von realen Messungen validiert werden.

=Anwendungsbeispiele=
* Lokalisierung von Problemen
* Optimierung der Impedanzanpassung
* Formelle Validierung
* Bestimmung der Störreserve

= Fußnoten =
<references/>

=Links=

http://www.mikrocontroller.net/topic/233342

Suche im Forum nach
* [http://www.mikrocontroller.net/search?query=Augendiagramm eye pattern]

[[Kategorie:Signalverarbeitung]]
[[Kategorie:Grundlagen]]

=Weblinks=

* http://it.e-technik.uni-ulm.de/archiv/World/Teaching/Experiment/eye/eye.html