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示波器上的頻域分析利器 ,Spectrum View測試分析

2019-06-19來源: EEWORLD關鍵字:Spectrum  View

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,分別用于觀察信號的時域波形和頻譜。時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,從時域上很難觀察到,但是從頻域就可以非常明了的區分開。

 

示波器除了具有采集信號的基本功能,還可以對信號進行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,它的引入開啟了全新的時頻域信號分析。

 

結合了TEK049 ASIC創新平臺及TEK061低噪聲前端放大芯片的頻譜模式-- Spectrum View是獲得高動態、低噪底的強有力保證。

 

  

 

圖1. TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061

 

Spectrum View特性一覽

 

從實現方法上講,Spectrum View也是采用FFT,但并不是直接處理采集的樣點,而是先通過數字下變頻 (DDC技術) 得到IQ數據,然后經過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數據重采樣無需太高采樣率,大大降低了數據量,提高了處理速度。

 

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:

 

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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。傳統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。

 

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,以保證測試結果的精確性;

 

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。

 

 

圖2. Spectrum View操作界面

 

時頻域并行分析

 

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. 信號采集和分析架構示意圖

 


 

圖4. 時域、頻域和調制域聯動分析

 

作為示例,圖4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。

 

多通道頻譜測試

 

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。

 

類似于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5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,最多支持11個Peak Marker,幅值最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數目超過限制,還可以通過使用頻域的cursor確定頻率和幅值。

 

 

圖5. 同時觀測兩個通道的時域波形及頻譜

 

小結

 

文中介紹了Spectrum View功能,闡述了與傳統示波器FFT方法的區別及優勢。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。時域與頻域并行處理架構,使得時頻域數據捕獲相互獨立,同時Spectrum Time的可移動性,使得示波器具備了多域聯動分析功能。

 



關鍵字:Spectrum  View

編輯:muyan 引用地址:http://www.cxwndx.tw/Test_and_measurement/ic465144.html
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