頻譜分析功能的MSO4示波器讓頻譜測試輕而易舉

快速傅里葉變換(fast Fourier transform) 簡稱FFT, 是利用計算機計算離散傅里葉變換（DFT)的、快速計算方法的統(tǒng)稱。快速傅里葉變換是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的。采用這種算法能使計算機計算離散傅里葉變換所需要的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點數(shù)N越多，F(xiàn)FT算法計算量的節(jié)省就越顯著。

一直以來，我們接受的教育就是要用FFT來進行頻域信號的測試與分析。工作以后我們利用示波器上的FFT功能進行頻域信號測試。FFT功能在示波器普及率高，易獲取?？梢詫崿F(xiàn)時域、頻域聯(lián)調(diào)功能，還具備高采樣帶寬。

隨著測試要求與測試信號的復雜程度的提高，在利用FFT進行頻譜分析時，遇到了很多問題。

- FFT測試需要通過調(diào)整水平時基來改變RBW，在要求RBW很小的測試場景，需要增大水平時基，嚴重影響了示波器處理速度；
- 操作不直觀；
- 無法在時域頻域同時獲得優(yōu)的信號呈現(xiàn)；
- 動態(tài)范圍有限；
- ……

“我在高分辨率的情況下，觀測更高頻率的信號時會發(fā)現(xiàn)，采樣率提高，導致采樣時間受限，無法捕獲其它感興趣的信號/事件。同時導致波形存儲變長，響應(yīng)變慢；FFT輸入樣點變多也會嚴重影響響應(yīng)速度；需要手動控制采樣深度，采樣率等等；很難用頻譜縮放展示頻譜范圍。”

這些問題都讓我越發(fā)頭疼，如何才能解決這些問題呢？

泰克新推出的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以解決這些問題！

- 采樣技術(shù)使得時域頻域控制互不干擾，比傳統(tǒng)FFT更易用
- 可以在兩個域同時從不同角度觀測信號
- 觀測頻域信號在時間軸上的變化
- 分析信號/事件在頻域和時域上發(fā)生時的相關(guān)性

多通道分析測試

頻譜應(yīng)用過程中，Spectrum View與頻譜儀FFT模式下的數(shù)據(jù)處理過程相同，雖然測試動態(tài)不如頻譜儀，但是Spectrum View有著自己的優(yōu)勢，比如可以測試極低頻率的信號，具有豐富靈活的探測方式，以及時頻分析的相關(guān)性。此外，Spectrum View還支持多通道頻譜測試，這得益于TEK049支持同時對每個通道的信號作頻譜分析處理。

圖1、同時觀測兩個通道的時域波形及頻譜

TEK049的多通道時域波形顯示方式，所激活的頻譜既可以“堆棧(Stacked) ”顯示，也可以“重疊(Overlay) ”顯示。圖1同時觀測了兩個通道的時域波形及頻譜，并且采用了重疊顯示，以便于頻譜之間的對比。所有通道的頻譜共用相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time，這一點與時域要求多通道間共用采樣率、水平時基及觸發(fā)類似。盡管如此，各個通道的中心頻率可以獨立設(shè)置，默認是聯(lián)動的，也可以根據(jù)需要設(shè)置為不同值。

Spectrum View支持自動搜索峰值，多支持11個Peak Marker，幅值大的頻點自動標記為“Ref. Marker”，其它Marker的頻點和幅值可以顯示為值，也可以顯示為相對于“Ref. Marker”的相對值。如果所需要的Marker數(shù)目超過限制，還可以通過使用頻域的cursor確定頻率和幅值。

時域、頻域的獨立并行分析

圖2、信號采集和分析架構(gòu)示意圖

圖2給出了信號采集和處理架構(gòu)示意圖，模擬信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，時域和頻域是并行處理的，從而可以獨立設(shè)置時域和頻域捕獲時間。Spectrum View支持滑動Spectrum Time的位置，對不同時段的信號作頻譜測試，這使得對信號進行時頻域聯(lián)動測試成為可能。

圖3、時域、頻域和調(diào)制域聯(lián)動分析

圖3給出了一個跳頻信號分析結(jié)果，同時給出了時域波形、頻譜及跳頻序列的結(jié)果。圖中紅色標記處為Spectrum Time，即用于FFT分析的時間，其位置是可以移動的，測試的頻譜就是當前位置對應(yīng)的頻譜。拖動Spectrum Time的位置，可以分別對不同的頻點進行觀測，當前觀測的是頻率切換過程中的頻譜變化。

無論與頻譜儀比較，還是與示波器傳統(tǒng)的FFT方法相比，Spectrum View都具有自己的特色：

· Spectrum View使得時、頻域捕獲時間相互獨立，當設(shè)置較小的RBW時依然可以保證示波器的處理速度；
· Spectrum View具有標準頻譜儀的操作設(shè)置，更友好的交互界面，可以直接設(shè)置中心頻率、Span、RBW及時域窗口的類型；
· Spectrum View支持豐富的探測方式，且能夠測試極低頻率信號頻譜，是普通頻譜儀所不能及的；
· 支持多通道時、頻域聯(lián)合分析，而且支持觸發(fā)捕獲，使其可以分析瞬態(tài)或者間歇性信號的頻譜；
· 支持多種時間窗類型，可以根據(jù)待測信號的特性進行選擇，以保證測試結(jié)果的性；
· 支持峰值自動搜索功能，可以設(shè)定峰值搜索閾值，可顯示多達11個Peak Marker；
· 支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線顯示模式；
· 當顯示多個通道的頻譜時，既可以“堆棧(Stacked) ”顯示，也可以“重疊(Overlay) ”顯示；
· 所有通道具有相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time，但中心頻率可以獨立設(shè)定。

查看Spectrum View和FFT功能的對比視頻，您將學習使用頻譜視圖和使用傳統(tǒng)示波器FFT的區(qū)別，頻譜視圖可以做什么，例如，了解信號在時域和頻域的相關(guān)性，但使用FFT無法實現(xiàn)的功能。