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前兩篇文章主要介紹了Spectrum View的功能特點(diǎn)及相關(guān)理論知識，與示波器傳統的FFT測試頻譜方法相比，Spectrum View具有獨到的優(yōu)勢，那么性能優(yōu)異的Spectrum View主要用于哪些場(chǎng)景呢？這是本文將重點(diǎn)介紹的內容。 本文將以泰克新一代示波器MSO64為實(shí)例來(lái)講解時(shí)頻域信號分析技術(shù)。MSO64采用全新TEK049平臺，不僅實(shí)現了4通道同時(shí)打開(kāi)時(shí)25GS/s的高采樣率，而且實(shí)現了12-bit高垂直分辨率。同時(shí)，由于采用了新型低噪聲前端放大ASIC—TEK061，大大降低了噪聲水平，在1mv/div時(shí)，實(shí)測的本底噪聲RSM值只有58uV，遠遠低于市場(chǎng)同類(lèi)示波器。這些特性都是MSO64頻譜模式——Spectrum View獲得高動(dòng)態(tài)、低噪底的強有力保證。 
圖1. MSO64采用全新TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061 時(shí)頻域同步分析 混合信號調試過(guò)程中，往往需要同時(shí)觀(guān)測時(shí)域波形和信號頻譜，對于這樣的測試需求，示波器是非常理想的選擇。雖然測試動(dòng)態(tài)不如頻譜儀，但示波器有著(zhù)自己的優(yōu)勢： 可以同時(shí)完成波形及頻譜分析，而且二者具有時(shí)間相關(guān)性； 支持多個(gè)通道的時(shí)頻域同步分析，實(shí)現對電路的多點(diǎn)監測； 可以分析周期信號的頻譜，也可以分析非周期信號的頻譜； 可以分析極低頻率(低至DC)信號的頻譜，這是頻譜儀所不能及的； 支持豐富的信號探測方式，可以通過(guò)標準同軸接口連接，也可以通過(guò)配套的電壓、電流探頭靈活探測。 作為一種全新的基于示波器的頻譜分析方法，Spectrum View完美實(shí)現了信號的時(shí)域和頻域并行處理。對于要求高頻率分辨率的應用場(chǎng)合，傳統的FFT方式需要增大水平時(shí)基才可以實(shí)現，這不僅降低了測量速度，而且也無(wú)法觀(guān)測時(shí)域波形的細節。Spectrum View支持時(shí)頻域的獨立設置，即使在很小的水平時(shí)基設置下，依然可以獲得很高的頻率分辨率，不僅可以觀(guān)測波形細節，同時(shí)具有較高的頻譜刷新率。 圖2測試了一個(gè)100MHz的CW信號，捕獲了4個(gè)周期的時(shí)域波形。圖中分別使用Spectrum View和傳統的FFT (Math功能) 測試該信號的頻譜，通過(guò)對比可以看出，由于時(shí)域捕獲時(shí)間較短，導致傳統FFT頻譜的分辨率非常低。相反，Spectrum View的頻譜測試結果非常好，不僅具有高分辨率，而且底噪也非常低，可以清晰地觀(guān)測信號本身及其諧波和雜散。與此同時(shí)，由于水平時(shí)基設置得較小，還可以觀(guān)測到時(shí)域波形的細節信息。
圖2. 諧波、雜散測試：Spectrum View vs Conventional FFT
圖3. RF Chirp Pulse時(shí)域參數及頻譜測試 鑒于Spectrum View的這些優(yōu)勢，結合示波器其它功能，還可以對射頻脈沖信號進(jìn)行診斷測試，包括時(shí)域包絡(luò )參數及信號頻譜等。圖3測試了一路200MHz載波的線(xiàn)性調頻脈沖信號，脈沖周期5us，脈寬1us，帶寬50 MHz，同時(shí)給出了時(shí)域波形、包絡(luò )及頻譜測試結果。測試過(guò)程中，還可以靈活調整Span和RBW以便觀(guān)測包絡(luò )譜或者線(xiàn)狀譜，從而對信號進(jìn)行更加細致的分析。 多通道頻譜分析 示波器具有多個(gè)模擬通道，每個(gè)通道均可以激活Spectrum View功能，因此支持多通道頻譜測試。在復雜調試過(guò)程中，可以實(shí)現對多點(diǎn)的波形和頻譜監測。類(lèi)似于MSO64的多通道時(shí)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4同時(shí)觀(guān)測了兩個(gè)通道的時(shí)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。 Spectrum View支持移動(dòng)Spectrum Time的位置，如圖4標記處所示，以觀(guān)測不同時(shí)刻的頻譜。每個(gè)通道Spectrum Time的位置默認是聯(lián)動(dòng)的，這保證了各個(gè)通道測試頻譜的相關(guān)性。當取消聯(lián)動(dòng)設置后，也可以獨立設置每個(gè)通道的Spectrum Time位置。 所有通道的頻譜共用相同的Span、RBW、FFT Window，這一點(diǎn)與時(shí)域要求多通道間共用采樣率、水平時(shí)基及觸發(fā)類(lèi)似。盡管如此，各個(gè)通道的中心頻率可以獨立設置，默認是聯(lián)動(dòng)的，也可以根據需要設置為不同值。
圖4. Spectrum View支持多通道波形及頻譜測試 多域聯(lián)動(dòng)測試 如前文所述，Spectrum View支持滑動(dòng)Spectrum Time的位置，對不同時(shí)段的信號作頻譜測試，這使得對信號進(jìn)行多域聯(lián)動(dòng)測試成為可能。 下面分別測試了線(xiàn)性調頻脈沖 (Chirp Pulse) 及跳頻序列信號 (Hopping Signal)，結合Spectrum View及Frequency Time Trend測試功能，實(shí)現了信號在時(shí)域、頻域和調制域的聯(lián)動(dòng)測試。 1. Chirp Pulse多域聯(lián)動(dòng)分析 線(xiàn)性調頻作為一種脈沖壓縮技術(shù)，具有非常高的時(shí)間分辨率，廣泛應用于雷達應用中。無(wú)論是線(xiàn)性調頻脈沖，還是調頻連續波，在產(chǎn)品研制階段都需要驗證信號的性能，需要對信號的時(shí)域參數、幅度參數及調制域參數進(jìn)行測試。 本例實(shí)測了一個(gè)chirp pulse，時(shí)域參數可以使用示波器進(jìn)行測試，頻譜可以在Spectrum View中測試。Chirp pulse的調制域參數——調頻曲線(xiàn)，則可以使用Frequency Time Trend測試，而且由調頻曲線(xiàn)可以推導出chirp rate及l(fā)inearity。 除此之外，Frequency Time Trend支持引入低通濾波器，可以濾除調頻曲線(xiàn)上疊加的寬帶噪聲，從而改善測試精度。調頻曲線(xiàn)數據也可以保存下來(lái)，以便于開(kāi)發(fā)人員對發(fā)射機進(jìn)行修正處理。
圖5. Chirp Pulse時(shí)域、頻域和調制域聯(lián)動(dòng)分析
圖6. Hopping Signal時(shí)域、頻域和調制域聯(lián)動(dòng)分析 2. Hopping Signal多域聯(lián)動(dòng)分析 對于跳頻信號，也可以對其完成多域聯(lián)動(dòng)測試，如圖6所示，Frequency Time Trend測試了跳頻狀態(tài)序列，可以觀(guān)測頻率跳變過(guò)程，使用Cursor標定頻率切換時(shí)間及頻率駐留時(shí)間等。 Spectrum Time位于圖6紅色標記處，其位置是可以移動(dòng)的，測試的頻譜就是當前位置對應的頻譜。拖動(dòng)Spectrum Time的位置，可以分別對不同的頻點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測，亦可以觀(guān)測頻率切換過(guò)程中的頻譜變化，如圖7所示。
圖7. Hopping Signal時(shí)域、頻域和調制域聯(lián)動(dòng)分析 結論 本文重點(diǎn)介紹了泰克示波器全新頻譜分析功能Spectrum View的應用，相較于專(zhuān)門(mén)的頻譜儀及示波器傳統FFT功能，Spectrum View均具有獨特的優(yōu)勢。該功能不僅可以完成普通的頻譜測試，還可以實(shí)現時(shí)域波形與頻譜的同步測試，而且支持多通道的聯(lián)動(dòng)測試。Spectrum Time位置的可移動(dòng)性，結合Frequency Time Trend功能，使得示波器具備了多域聯(lián)動(dòng)分析功能。文中通過(guò)對線(xiàn)性調頻脈沖及跳頻序列信號進(jìn)行測試，驗證了多域聯(lián)動(dòng)分析的可行性。 |
