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当用示波器测频谱时FFT是最好的方法吗?
发布时间:2019-10-28 09:39:21

你说 FFT测试让你备受折磨

我说  有了Spectrum View


你还怕什么?


快速傅里叶变换 (fast Fourier transform) 简称FFT, 是利用计算机计算离散傅里叶变换(DFT)的高效、快速计算方法的统称。快速傅里叶变换是1965年由J.W.库利和T.W.图基提出的。采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少,特别是被变换的抽样点数N越多,FFT算法计算量的节省就越显著。


一直以来,我们接受的教育就是要用FFT来进行频域信号的测试与分析。工作以后我们利用示波器上的FFT功能进行频域信号测试。FFT功能在示波器普及率高,易获取。可以实现时域、频域联调功能,还具备高采样带宽。


随着测试要求与测试信号的复杂程度的提高,在利用FFT进行频谱分析时,遇到了

很多问题

  • FFT测试需要通过调整水平时基来改变RBW,在要求RBW很小的测试场景,需要增大水平时基,严重影响了示波器处理速度;

  • 操作不直观;

  • 无法在时域频域同时获得最优的信号呈现;

  • 动态范围有限;

  •  ……


我在高分辨率的情况下,观测更高频率的信号时会发现,采样率提高,导致采样时间受限,无法捕获其它感兴趣的信号/事件。同时导致波形存储变长,响应变慢;FFT输入样点变多也会严重影响响应速度;需要手动控制采样深度,采样率等等;很难用频谱缩放展示频谱范围。


这些问题都让我越发头疼,如何才能解决这些问题呢?

泰克新推出的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以完美解决这些问题!


  • 专利采样技术使得时域频域控制互不干扰,比传统FFT更易用

  • 可以在两个域同时从不同角度观测信号

  • 观测频域信号在时间轴上的变化

  • 分析信号/事件在频域和时域上发生时的相关性


1

多通道分析测试

频谱应用过程中,Spectrum View与频谱仪FFT模式下的数据处理过程相同,虽然测试动态不如频谱仪,但是Spectrum View有着自己的优势,比如可以测试极低频率的信号,具有丰富灵活的探测方式,以及时频分析的相关性。此外,Spectrum View还支持多通道频谱测试,这得益于TEK049支持同时对每个通道的信号作频谱分析处理。


                                                    ▲ 图 1 .同时观测两个通道的时域波形及频谱


TEK049的多通道时域波形显示方式,所激活的频谱既可以“堆栈 (Stacked) ”显示,也可以“重叠 (Overlay) ”显示。图1同时观测了两个通道的时域波形及频谱,并且采用了重叠显示,以便于频谱之间的对比。所有通道的频谱共用相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time,这一点与时域要求多通道间共用采样率、水平时基及触发类似。尽管如此,各个通道的中心频率可以独立设置,默认是联动的,也可以根据需要设置为不同值。


Spectrum View支持自动搜索峰值,最多支持11个Peak Marker,幅值最大的频点自动标记为“Ref. Marker”,其它Marker的频点和幅值可以显示为绝对值,也可以显示为相对于“Ref. Marker”的相对值。如果所需要的Marker数目超过限制,还可以通过使用频域的cursor确定频率和幅值。



2

时域、频域的独立并行分析


                                               ▲ 图 2 .信号采集和分析架构示意图


图2给出了信号采集和处理架构示意图,模拟信号经过ADC转换为数字信号后,时域和频域是并行处理的,从而可以独立设置时域和频域捕获时间。Spectrum View支持滑动Spectrum Time的位置,对不同时段的信号作频谱测试,这使得对信号进行时频域联动测试成为可能。


▲ 图 3 .时域、频域和调制域联动分析


图3给出了一个跳频信号分析结果,同时给出了时域波形、频谱及跳频序列的结果。图中红色标记处为Spectrum Time,即用于FFT分析的时间,其位置是可以移动的,测试的频谱就是当前位置对应的频谱。拖动Spectrum Time的位置,可以分别对不同的频点进行观测,当前观测的是频率切换过程中的频谱变化。


无论与频谱仪比较,还是与示波器传统的FFT方法相比,Spectrum View都具有自己的特色:


1

Spectrum View使得时、频域捕获时间相互独立,当设置较小的RBW时依然可以保证示波器的处理速度

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Spectrum View具有标准频谱仪的操作设置,更友好的交互界面,可以直接设置中心频率、Span、RBW及时域窗口的类型

3

Spectrum View支持丰富的探测方式,且能够测试极低频率信号频谱,是普通频谱仪所不能及的

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支持多通道时、频域联合分析,而且支持触发捕获,使其可以分析瞬态或者间歇性信号的频谱

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支持多种时间窗类型,可以根据待测信号的特性进行选择,以保证测试结果的精确性

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支持峰值自动搜索功能,可以设定峰值搜索阈值,可显示多达11个Peak Marker

7

支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四种迹线显示模式

8

当显示多个通道的频谱时,既可以“堆栈 (Stacked) ”显示,也可以“重叠 (Overlay) ”显示

9

所有通道具有相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time,但中心频率可以独立设定


 
 
 
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