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泰克示波器Spectrum View 功能——时频域信号分析
作者:安茂立网络 发布时间:2022-11-13 12:44 浏览次数:

  示波器和频谱分析仪是电子测试与测量中不可缺少的测试设备,分别用来观测信号的时域波形和频谱。时域波形是信号最原始的信息,引入频谱主要是为了方便对信号的分析,比如谐波和杂散的测量。从时域上很难观察到,但从频域上可以明显区分出来。

  泰克示波器不仅具有采集信号的基本功能,还可以对信号进行FFT变换,得到频谱,从而具有频谱分析的功能。几乎所有高端示波器都支持FFT频谱分析。本文将介绍泰克示波器的频谱分析功能——Spectrum View,这是一款强大的频谱分析工具。它的引入开辟了一种全新的时频域信号分析方法。

  结合了 TEK049 ASIC 创新平台及 TEK061 低噪声前端放大芯片的频谱模式 -- Spectrum View 是获得高动态、低噪底的强有力保证。

  

  图 1. TEK049 平台和超低噪声前端 TEK061

  

  

  SpectrumView 特性一览

  在实现方法上,Spectrum View也采用FFT,但不是直接对采集的样本进行处理,而是先通过数字下变频(DDC技术)获得IQ数据,再通过FFT获得信号频谱。这也是传统FFT的一大特点。与原始采集信号相比,IQ信号的频率要低得多,IQ数据的采样率也不需要太高,大大减少了数据量,提高了处理速度。

  与频谱分析仪或示波器的传统FFT方法相比,Spectrum View 有其自身的特点:

  · Spectrum View 使得时、频域捕获时间相互独立,当设置较小的 RBW 时依然可以保证示波器的处理速度。传统 FFT 测试需要通过调整水平时基来改变RBW,在要求 RBW 很小的测试场景,需要增大水平时基,严重影响了示波器处理速度。

  · Spectrum View 具有标准频谱仪的操作设置,如图2 所示,具有更友好的交互界面,可以直接设置中心频率、Span、RBW 及时域窗口的类型。

  · Spectrum View 支持丰富的探测方式,且能够测试极低频率信号频谱,是普通频谱仪所不能及的;

  · 支持多通道时、频域联合分析,而且支持触发捕获, 使其可以分析瞬态或者间歇性信号的频谱;

  · 支持多种时间窗类型,可以根据待测信号的特性进行选择,以保证测试结果的精确性;

  · 支持峰值自动搜索功能,可以设定峰值搜索阈值,可显示多达 11 个 Peak Marker;

  · 支持 Normal、Max. Hold、Min. Hold 以及 Average 等四种迹线显示模式;

  · 当显示多个通道的频谱时,既可以“堆栈 (Stacked) ”显示,也可以“重叠 (Overlay) ”显示;

  · 所有通道具有相同的 Span、RBW、FFT Window 及 Spectrum Time,但中心频率可以独立设定。

  

  图 2. Spectrum View 操作界面

  时频域并行分析

  图 3 给出了信号采集和处理架构示意图,模拟信号经过ADC转换为数字信号后,时域和频域是并行处理的,从而可以独立设置时域和频域捕获时间。SpectrumView支持滑动 Spectrum Time 的位置,对不同时段的信号作频谱测试,这使得对信号进行时频域联动测试成为可能。

  

  图 3. 信号采集和分析架构示意图

  作为示例,图4 给出了一个跳频信号分析结果,同时给出了时域波形、频谱及跳频序列的结果。图中红色标记处为 Spectrum Time,即用于 FFT 分析的时间,其位置是可以移动的,测试的频谱就是当前位置对应的频谱。拖动 Spectrum Time 的位置,可以分别对不同的频点进行观测,当前观测的是频率切换过程中的频谱变化。

  

  图 4. 时域、频域和调制域联动分析

  多通道频谱测试

  频谱应用过程中,Spectrum View 与频谱仪 FFT 模式下的数据处理过程相同,虽然测试动态不如频谱仪,但是 Spectrum View 有着自己的优势,比如可以测试极低频率的信号,具有丰富灵活的探测方式,以及时频分析的相关性。此外,Spectrum View 还支持多通道频谱测试,这得益于 TEK049 支持同时对每个通道的信号作频谱分析处理。

  类似于 TEK049 的多通道时域波形显示方式,所激活的频谱既可以“堆栈 (Stacked) ”显示,也可以“重叠 (Overlay) ”显示。图 5 同时观测了两个通道的时域波形及频谱,并且采用了重叠显示,以便于频谱之间的对比。

  所 有 通 道 的 频 谱 共 用相 同 的 Span、RBW、FFTWindow 及 Spectrum Time,这一点与时域要求多通道间共用采样率、水平时基及触发类似。尽管如此,各个通道的中心频率可以独立设置,默认是联动的,也可以根据需要设置为不同值。

  Spectrum View 支持自动搜索峰值,最多支持 11 个PeakMarker,幅值最大的频点自动标记为“Ref.Marker”,其它 Marker 的频点和幅值可以显示为绝对值,也可以显示为相对于“Ref.Marker”的相对值。如果所需要的 Marker 数目超过限制,还可以通过使用频域的 cursor 确定频率和幅值。

  

  图 5. 同时观测两个通道的时域波形及频谱

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