【導讀】示波器和頻譜儀都是電子測試測量中必不可少的測試設備，分別用于觀(guān)察信號的時(shí)域波形和頻譜。時(shí)域波形是信號最原始的信息，而頻譜的引入主要是為了便于分析信號，比如諧波和雜散的測試，從時(shí)域上很難觀(guān)察到，但是從頻域就可以非常明了的區分開(kāi)。
示波器除了具有采集信號的基本功能，還可以對信號進(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，是一款功能強大的頻譜分析工具，它的引入開(kāi)啟了全新的時(shí)頻域信號分析。
結合了TEK049 ASIC創(chuàng )新平臺及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)、低噪底的強有力保證。
圖1. TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061
SpectrumView特性一覽
從實(shí)現方法上講，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(guò)數字下變頻(DDC技術(shù)) 得到IQ數據，然后經(jīng)過(guò)FFT得到信號頻譜。這也是相對于傳統FFT的一大特色。與原始采集信號相比，IQ信號攜帶的頻率要低很多，對IQ數據重采樣無(wú)需太高采樣率，大大降低了數據量，提高了處理速度。
無(wú)論與頻譜儀比較，還是與示波器傳統的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)間相互獨立，當設置較小的RBW時(shí)依然可以保證示波器的處理速度。傳統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。
● Spectrum View具有標準頻譜儀的操作設置，如圖2所示，具有更友好的交互界面，可以直接設置中心頻率、Span、RBW及時(shí)域窗口的類(lèi)型。
● SpectrumView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(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；
● 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；
● 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；
● 支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線(xiàn)顯示模式；
● 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；
● 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。
圖2. SpectrumView操作界面
時(shí)頻域并行分析
圖3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。SpectrumView支持滑動(dòng)SpectrumTime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. 信號采集和分析架構示意圖
圖4. 時(shí)域、頻域和調制域聯(lián)動(dòng)分析
作為示例，圖4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。
多通道頻譜測試
頻譜應用過(guò)程中，SpectrumView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，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)通道的信號作頻譜分析處理。
類(lèi)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(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。
圖5. 同時(shí)觀(guān)測兩個(gè)通道的時(shí)域波形及頻譜
小結
文中介紹了SpectrumView功能，闡述了與傳統示波器FFT方法的區別及優(yōu)勢。Tek049平臺及低噪聲放大前端Tek061的引入，可使得示波器達到低噪聲水平，這是測試微弱信號頻譜的重要前提。時(shí)域與頻域并行處理架構，使得時(shí)頻域數據捕獲相互獨立，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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