摘要

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(qū)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(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，它的引入開啟了全新的時頻域信號分析。

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

Spectrum View 特性一覽

從實現(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，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 得到信號頻譜。這也是相對于傳統(tǒng) 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(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，Spectrum View 都具有自己的特色：

﹒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(jìn)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(dá) 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(jìn)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(jìn)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(rèn)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Peak Marker，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