【基礎(chǔ)篇】示波器上的頻域分析利器 ,Spectrum View測試分析
發(fā)布時(shí)間:2019-11-14 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】示波器和頻譜儀都是電子測試測量中必不可少的測試設(shè)備,分別用于觀察信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜。時(shí)域波形是信號(hào)最原始的信息,而頻譜的引入主要是為了便于分析信號(hào),比如諧波和雜散的測試,從時(shí)域上很難觀察到,但是從頻域就可以非常明了的區(qū)分開。
示波器除了具有采集信號(hào)的基本功能,還可以對信號(hào)進(jìn)行FFT變換得到頻譜,從而兼具頻譜分析功能。幾乎所有的中高端示波器均支持FFT頻譜分析。本文將要介紹的頻譜分析功能——Spectrum View,是一款功能強(qiáng)大的頻譜分析工具,它的引入開啟了全新的時(shí)頻域信號(hào)分析。
結(jié)合了TEK049 ASIC創(chuàng)新平臺(tái)及TEK061低噪聲前端放大芯片的頻譜模式-- Spectrum View是獲得高動(dòng)態(tài)、低噪底的強(qiáng)有力保證。
圖1. TEK049平臺(tái)和超低噪聲前端TEK061
SpectrumView特性一覽
從實(shí)現(xiàn)方法上講,Spectrum View也是采用FFT,但并不是直接處理采集的樣點(diǎn),而是先通過數(shù)字下變頻(DDC技術(shù)) 得到IQ數(shù)據(jù),然后經(jīng)過FFT得到信號(hào)頻譜。這也是相對于傳統(tǒng)FFT的一大特色。與原始采集信號(hào)相比,IQ信號(hào)攜帶的頻率要低很多,對IQ數(shù)據(jù)重采樣無需太高采樣率,大大降低了數(shù)據(jù)量,提高了處理速度。
無論與頻譜儀比較,還是與示波器傳統(tǒng)的FFT方法相比,SpectrumView都具有自己的特色:
● Spectrum View使得時(shí)、頻域捕獲時(shí)間相互獨(dú)立,當(dāng)設(shè)置較小的RBW時(shí)依然可以保證示波器的處理速度。傳統(tǒng)FFT測試需要通過調(diào)整水平時(shí)基來改變RBW,在要求RBW很小的測試場景,需要增大水平時(shí)基,嚴(yán)重影響了示波器處理速度。
● Spectrum View具有標(biāo)準(zhǔn)頻譜儀的操作設(shè)置,如圖2所示,具有更友好的交互界面,可以直接設(shè)置中心頻率、Span、RBW及時(shí)域窗口的類型。
● SpectrumView支持豐富的探測方式,且能夠測試極低頻率信號(hào)頻譜,是普通頻譜儀所不能及的;
● 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(hào)的頻譜;
● 支持多種時(shí)間窗類型,可以根據(jù)待測信號(hào)的特性進(jìn)行選擇,以保證測試結(jié)果的精確性;
● 支持峰值自動(dòng)搜索功能,可以設(shè)定峰值搜索閾值,可顯示多達(dá)11個(gè)Peak Marker;
● 支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線顯示模式;
● 當(dāng)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;
● 所有通道具有相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time,但中心頻率可以獨(dú)立設(shè)定。
圖2. SpectrumView操作界面
時(shí)頻域并行分析
圖3給出了信號(hào)采集和處理架構(gòu)示意圖,模擬信號(hào)經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后,時(shí)域和頻域是并行處理的,從而可以獨(dú)立設(shè)置時(shí)域和頻域捕獲時(shí)間。SpectrumView支持滑動(dòng)SpectrumTime的位置,對不同時(shí)段的信號(hào)作頻譜測試,這使得對信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域聯(lián)動(dòng)測試成為可能。
圖3. 信號(hào)采集和分析架構(gòu)示意圖
圖4. 時(shí)域、頻域和調(diào)制域聯(lián)動(dòng)分析
作為示例,圖4給出了一個(gè)跳頻信號(hào)分析結(jié)果,同時(shí)給出了時(shí)域波形、頻譜及跳頻序列的結(jié)果。圖中紅色標(biāo)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(dāng)前位置對應(yīng)的頻譜。拖動(dòng)Spectrum Time的位置,可以分別對不同的頻點(diǎn)進(jìn)行觀測,當(dāng)前觀測的是頻率切換過程中的頻譜變化。
多通道頻譜測試
頻譜應(yīng)用過程中,SpectrumView與頻譜儀FFT模式下的數(shù)據(jù)處理過程相同,雖然測試動(dòng)態(tài)不如頻譜儀,但是Spectrum View有著自己的優(yōu)勢,比如可以測試極低頻率的信號(hào),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,SpectrumView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(hào)作頻譜分析處理。
類似于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5同時(shí)觀測了兩個(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)類似。盡管如此,各個(gè)通道的中心頻率可以獨(dú)立設(shè)置,默認(rèn)是聯(lián)動(dòng)的,也可以根據(jù)需要設(shè)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(biāo)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(shù)目超過限制,還可以通過使用頻域的cursor確定頻率和幅值。
圖5. 同時(shí)觀測兩個(gè)通道的時(shí)域波形及頻譜
小結(jié)
文中介紹了SpectrumView功能,闡述了與傳統(tǒng)示波器FFT方法的區(qū)別及優(yōu)勢。Tek049平臺(tái)及低噪聲放大前端Tek061的引入,可使得示波器達(dá)到低噪聲水平,這是測試微弱信號(hào)頻譜的重要前提。時(shí)域與頻域并行處理架構(gòu),使得時(shí)頻域數(shù)據(jù)捕獲相互獨(dú)立,同時(shí)SpectrumTime的可移動(dòng)性,使得示波器具備了多域聯(lián)動(dòng)分析功能。
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