當用示波器測頻譜時(shí)FFT是最好的方法嗎？

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快速傅里葉變換 (fast Fourier transform) 簡(jiǎn)稱(chēng)FFT, 是利用計算機計算離散傅里葉變換（DFT)的高效、快速計算方法的統稱(chēng)�？焖俑道锶~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(diǎn)數N越多，FFT算法計算量的節省就越顯著(zhù)。

一直以來(lái)，我們接受的教育就是要用FFT來(lái)進(jìn)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(jìn)行頻域信號測試。FFT功能在示波器普及率高，易獲取�？梢詫�(shí)現時(shí)域、頻域聯(lián)調功能，還具備高采樣帶寬。

隨著(zhù)測試要求與測試信號的復雜程度的提高，在利用FFT進(jìn)行頻譜分析時(shí)，遇到了

很多問(wèn)題：

·        FFT測試需要通過(guò)調整水平時(shí)基來(lái)改變RBW，在要求RBW很小的測試場(chǎng)景，需要增大水平時(shí)基，嚴重影響了示波器處理速度；

·        操作不直觀(guān)；

·        無(wú)法在時(shí)域頻域同時(shí)獲得最優(yōu)的信號呈現；

·        動(dòng)態(tài)范圍有限；

·         ……

“ 我在高分辨率的情況下，觀(guān)測更高頻率的信號時(shí)會(huì )發(fā)現，采樣率提高，導致采樣時(shí)間受限，無(wú)法捕獲其它感興趣的信號/事件。同時(shí)導致波形存儲變長(cháng)，響應變慢；FFT輸入樣點(diǎn)變多也會(huì )嚴重影響響應速度；需要手動(dòng)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(wèn)題都讓我越發(fā)頭疼，如何才能解決這些問(wèn)題呢？安泰測試為您解答！

泰克新推出的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以完美解決這些問(wèn)題！

·        專(zhuān)利采樣技術(shù)使得時(shí)域頻域控制互不干擾，比傳統FFT更易用

·        可以在兩個(gè)域同時(shí)從不同角度觀(guān)測信號

·        觀(guān)測頻域信號在時(shí)間軸上的變化

·        分析信號/事件在頻域和時(shí)域上發(fā)生時(shí)的相關(guān)性

1、多通道分析測試

頻譜應用過(guò)程中，Spectrum View與頻譜儀FFT模式下的數據處理過(guò)程相同，雖然測試動(dòng)態(tài)不如頻譜儀，但是Spectrum View有著(zhù)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(shí)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(shí)對每個(gè)通道的信號作頻譜分析處理。

▲ 圖 1 .同時(shí)觀(guān)測兩個(gè)通道的時(shí)域波形及頻譜

TEK049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1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。所有通道的頻譜共用相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time，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。

Spectrum View支持自動(dòng)搜索峰值，最多支持11個(gè)Peak Marker，幅值最大的頻點(diǎn)自動(dòng)標記為“Ref. Marker”，其它Marker的頻點(diǎn)和幅值可以顯示為絕對值，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(guò)限制，還可以通過(guò)使用頻域的cursor確定頻率和幅值。

2、時(shí)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(jīng)過(guò)ADC轉換為數字信號后，時(shí)域和頻域是并行處理的，從而可以獨立設置時(shí)域和頻域捕獲時(shí)間。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)行時(shí)頻域聯(lián)動(dòng)測試成為可能。

▲ 圖 3 .時(shí)域、頻域和調制域聯(lián)動(dòng)分析

圖3給出了一個(gè)跳頻信號分析結果，同時(shí)給出了時(shí)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(shí)間，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，當前觀(guān)測的是頻率切換過(guò)程中的頻譜變化。

無(wú)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：

1	Spectrum View使得時(shí)、頻域捕獲時(shí)間相互獨立，當設置較小的RBW時(shí)依然可以保證示波器的處理速度
2	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(shí)域窗口的類(lèi)型
3	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
4	支持多通道時(shí)、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
5	支持多種時(shí)間窗類(lèi)型，可以根據待測信號的特性進(jìn)行選擇，以保證測試結果的精確性
6	支持峰值自動(dòng)搜索功能，可以設定峰值搜索閾值，可顯示多達11個(gè)Peak  Marker
7	支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線(xiàn)顯示模式
8	當顯示多個(gè)通道的頻譜時(shí)，既可以“堆棧 (Stacked) ”顯示，也可以“重疊 (Overlay) ”顯示
9	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