泰克示波器Spectrum View 功能——時頻域信號分析

　    示波器和頻譜分析儀是電子測試與測量中不可缺少的測試設(shè)備，分別用來觀測信號的時域波形和頻譜。時域波形是信號最原始的信息，引入頻譜主要是為了方便對信號的分析，比如諧波和雜散的測量。從時域上很難觀察到，但從頻域上可以明顯區(qū)分出來。

　　泰克示波器不僅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，從而具有頻譜分析的功能。幾乎所有高端示波器都支持FFT頻譜分析。本文安泰測試將介紹泰克示波器的頻譜分析功能——Spectrum View，這是一款強大的頻譜分析工具。它的引入開辟了一種全新的時頻域信號分析方法。

　　結(jié)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

　　在實現(xiàn)方法上，Spectrum View也采用FFT，但不是直接對采集的樣本進行處理，而是先通過數(shù)字下變頻(DDC技術(shù))獲得IQ數(shù)據(jù)，再通過FFT獲得信號頻譜。這也是傳統(tǒng)FFT的一大特點。與原始采集信號相比，IQ信號的頻率要低得多，IQ數(shù)據(jù)的采樣率也不需要太高，大大減少了數(shù)據(jù)量，提高了處理速度。

　　與頻譜分析儀或示波器的傳統(tǒng)FFT方法相比，Spectrum View 有其自身的特點:

　　· Spectrum View 使得時、頻域捕獲時間相互獨立，當(dāng)設(shè)置較小的 RBW 時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(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(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;

　　· 支持多種時間窗類型，可以根據(jù)待測信號的特性進行選擇，以保證測試結(jié)果的精確性;

　　· 支持峰值自動搜索功能，可以設(shè)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(dāng)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(shè)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(gòu)示意圖，模擬信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，時域和頻域是并行處理的，從而可以獨立設(shè)置時域和頻域捕獲時間。SpectrumView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(lián)動測試成為可能。

　　圖 3. 信號采集和分析架構(gòu)示意圖

　　作為示例，圖4 給出了一個跳頻信號分析結(jié)果，同時給出了時域波形、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 分析的時間，其位置是可以移動的，測試的頻譜就是當(dāng)前位置對應(yīng)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(dāng)前觀測的是頻率切換過程中的頻譜變化。

　　圖 4. 時域、頻域和調(diào)制域聯(lián)動分析

　　多通道頻譜測試

　　頻譜應(yīng)用過程中，Spectrum View 與頻譜儀 FFT 模式下的數(shù)據(jù)處理過程相同，雖然測試動態(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，具有豐富靈活的探測方式，以及時頻分析的相關(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、FFTWindow 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(fā)類似。盡管如此，各個通道的中心頻率可以獨立設(shè)置，默認是聯(lián)動的，也可以根據(jù)需要設(shè)置為不同值。

　　Spectrum View 支持自動搜索峰值，最多支持 11 個PeakMarker，幅值最大的頻點自動標(biāo)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(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. 同時觀測兩個通道的時域波形及頻譜

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