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大為減少，特別是被變換的抽樣點數N越多，FFT算法計算量的節省就越顯著。

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。可以實現時域、頻域聯調功能，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的信號呈現；
- 動態范圍有限；
- ……

“我在高分辨率的情況下，觀測更高頻率的信號時會發現，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，響應變慢；FFT輸入樣點變多也會嚴重影響響應速度；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！

- 采樣技術使得時域頻域控制互不干擾，比傳統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生時的相關性

多通道分析測試

頻譜應用過程中，Spectrum View與頻譜儀FFT模式下的數據處理過程相同，雖然測試動態不如頻譜儀，但是Spectrum View有著自己的優勢，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、水平時基及觸發類似。盡管如此，各個通道的中心頻率可以獨立設置，默認是聯動的，也可以根據需要設置為不同值。

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示意圖

圖2給出了信號采集和處理架構示意圖，模擬信號經過ADC轉換為數字信號后，時域和頻域是并行處理的，從而可以獨立設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動測試成為可能。

圖3、時域、頻域和調制域聯動分析

圖3給出了一個跳頻信號分析結果，同時給出了時域波形、頻譜及跳頻序列的結果。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置，更友好的交互界面，可以直接設置中心頻率、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、頻域聯合分析，而且支持觸發捕獲，使其可以分析瞬態或者間歇性信號的頻譜；
· 支持多種時間窗類型，可以根據待測信號的特性進行選擇，以保證測試結果的性；
· 支持峰值自動搜索功能，可以設定峰值搜索閾值，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示波器FFT的區別，頻譜視圖可以做什么，例如，了解信號在時域和頻域的相關性，但使用FFT無法實現的功能。