示波器FFT進行頻譜分析真的靠譜嗎?

2021-02-13 電子發燒友網
示波器被評為最常用的電子調試工具，因其強大的功能和通用性被廣泛的應用。但隨著電子技術的發展工程師測試的複雜程度大大提升，會面臨更快信號，更複雜的混合信號調試甚至很多信號的頻譜分析工作，很多工程師們認為示波器FFT進行頻譜分析不靠譜，有很多的缺點：

示波器FFT分析是通過調整水平時基來改變RBW，波西觀測和頻譜分析兩者不可兼得。

進行很小RBW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。

操作方法不友好，無法直接設定頻譜分析的條件。

只顯示滿屏信號的分析結果，無法在時域頻域同時獲得最優的信號呈現

動態範圍有限

……

這些問題都越發讓工程師頭疼，難道真的要新買專業頻譜分析儀才能解決這些問題嗎？

泰克的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以完美解決這些問題！

基於TEK049創新平臺的Spectrum View頻譜分析功能，採用了數字下變頻技術，得到數字IQ信號後再進行FFT，從而保證了頻譜測試的靈活性和快捷性。圖1給出了信號採集和處理架構示意圖，模擬信號經過ADC轉換為數位訊號後，時域和頻域是並行處理的，使得時域和頻域捕獲時間可以獨立設置。

圖1. TEK049信號採集和分析架構示意圖

數字下變頻廣泛應用於無線通信系統中，下變頻的過程如圖2所示，包括數字IQ解調、低通濾波和樣點抽取 (或稱為重採樣) 等功能部分。數字IQ解調器的本振頻率與Spectrum View中設置的中心頻率相同，從而完成載波對消得到零中頻信號；低通濾波器用於濾除高階混頻產物，最後經過樣點抽取得到IQ信號。

Spectrum View處理的是數字IQ信號，這也是相對於傳統FFT的一大特色。相對於原始採集信號，IQ信號攜帶的頻率要低很多，對IQ數據重採樣無需太高採樣率，大大降低了數據量，而捕獲時間 (Spectrum Time) 又不受影響，即使需要較低的RBW，仍然具有非常高的處理速度。

圖2. 數字下變頻後得到IQ數據

為了便於理解，圖3給出了對I/Q樣點重採樣的示例，假設重採樣率為原始採樣率的1/5，重採樣的過程就是從5個原始樣點中抽取一個樣點的過程，該過程並沒有改變相對時序關係，這意味著經過樣點抽取後，相同的樣點數目具有更大的Spectrum Time，從而實現高頻率解析度。

除了全新的spectrum view 功能，4系列MSO混合信號示波器還提供超強洞察力，最多6個模擬通道，採用全新的觸摸式用戶界面和超高解析度顯示，告別示波器的複雜設定菜單，一鍵直達設置界面，大大提升操作效率。

泰克4系列示波器全新升級，持續加「亮」，軟體硬體加「亮」不加價

【加亮一】：軟體加量，選配的Spectrum view基礎分析軟體變為標配：
全新Spectrum view頻譜分析功能擺脫傳統FFT分析方法弊端【加亮二】：硬體加量，1GHz及以上帶寬示波器1GHz無源探頭變為標配：

將1GHz示波器測試系統整體性能提升1倍， 上升時間從700ps 提升到350ps, 可以測試信號幾十甚至上百M 的高速信號。

多應用測試場景：高速總線信號如乙太網，USB；高速紋波信號；第三代半導體器件 GaN的上升時間測試*（需加配選件）

客戶可以自定義信號濾波頻率（支持低通濾波，高通濾波，帶通濾波）

泰克4系列MSO示波器適用於複雜系統測試設備，具有更好的性能、更高的指標，當測試結果不確定時，4系MSO可以作為標準。擁有同類產品超大顯示和更高的可用通道數，在有限的空間獲得前所未有的洞察力，打造了示波器的全新操作體驗。6.1英寸（15.5釐米）深，適合有限的工作檯空間；出色的細節設計和多達6條FlexChannel的輸入通道，任何通道都可以顯示波形、頻譜或兩者，任何一條輸入通道都可連接邏輯探頭查看八條數字通道，高達1.5GHz帶寬、6.25GS/s採樣率。

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  • FFT相關原理及使用注意事項
    在信號分析與處理中，頻譜分析是重要的工具。FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立葉變換）可以將時域信號轉換至頻域，以獲得信號的頻率結構、幅度、相位等信息。該算法在理工科課程中都有介紹，眾多的儀器或軟體亦集成此功能。
  • 你還在愁不會選擇FFT窗函數嗎?
    實際在進行FFT運算時，是從信號中截取一個時間片段，然後用被截取的信號進行周期延拓處理，得到無限長的信號，針對這個信號進行傅立葉變換以及相關分析等數學處理。採用不同的截取函數對信號進行截斷，截斷函數稱為窗函數，簡稱為窗。二、為什麼要窗？