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2024-03-16 15:53:58

示波器可当频谱仪使用？FFT这个宝藏功能教你快速“变形” - 知乎

示波器可当频谱仪使用？FFT这个宝藏功能教你快速“变形” - 知乎首发于宜器服务网切换模式写文章登录/注册示波器可当频谱仪使用？FFT这个宝藏功能教你快速“变形”宜器服务网帮助仪器仪表行业的专业人员提供仪器的资讯以及交流与学习的平台示波器是我们老生常谈的一个仪器，其功能性强、使用范围广。因此在观察时域波形的时候也是一个非常重要的仪器，但示波器里面的FFT功能，却促使示波器能够作为一个简易的频谱仪使用，利用快速傅里叶变换，从而完成波形从时域到频域的转换，同时观察时域波形和信号的频率分量。在无法使用频谱仪的场合，提供FFT分析支持。接下来小编将为大家进行讲解演示，怎样使用MSO8000系列数字示波器的FFT功能，一起来学习下吧。FFT的基本功能上面说到示波器的FFT功能可以作为简易的频谱仪然后进行简单的频率成分分析，同时也可帮助使用者找到波形中存在的异常频点。MSO8000系列示波器提供FFT（快速傅立叶变换）数学运算功能，可将时域信号转换为频域分量（频谱）。能够完成在观测信号时域波形的同时也可观测信号的频谱图，以便完成以下测试工作：1、测量系统中的谐波分量和失真2、表现直流电源中的噪声特性3、分析振动根据上图展示的，方波信号是由对应频率的奇次谐波组成的，因此在频域中观察1MHz的方波信号的谐波分量就应该有1、3、5、7、9次及以上的谐波分量，这次演示将以该信号为例子，利用MSO8104的FFT功能进行验证。MSO8000系列数字示波器当下的集成设计领域，一款集成度较高的综合示波器早已成为设计工程师不可或缺的得力工具。RIGOL自主研发的MSO8000系列数字示波器集包含了频谱分析仪在内的7种独立仪器功能于一体。1、标配FFT运算功能，最大1Mpts波形数据实时运算2、同时显示多达4组运算3、支持独立的FFT彩色余辉显示4、多达15个峰值的峰值搜索功能，事件列表可导出除了上述所说优点外，MSO8000还可提供如16通道逻辑分析仪、任意波形发生器、数字电压表、高精度频率计、累加器以及协议分析仪等多种仪器的部分功能。FFT分析的操作步骤如下：测试准备1、首先需要一台具有FFT分析功能的数字示波器，本次使用RIGOL MSO8104数字示波器进行演示2、准备待测信号，本次采用DG2102函数/任意波形发生器提供一个5Vpp，1MHz的方波信号FFT运算分析1、设置适合的水平时基和垂直档位，以便于方波信号在屏幕上比较完整地显示，添加频率测量项，将显示当前信号的频率是1MHz2、打开MATH功能，运算符选择FFT，信源设定为CH1，打开运算3、调整合适的偏移和垂直档位，以便于波形可以相对完整地显示在屏幕上4、在“更多”设置中可以将X设置为“Span-Center”（扫宽-中心频率）或“Start-End” （起始频率-终止频率），本次演示设置为“Start-End”，设置起始频率为1MHz，终止频率为100MHz，窗函数为布莱克曼窗（此设置能够使各个频率显示地更加完整）5、打开峰值搜索功能，设置峰值个数，本次演示设置为9个，排序方式为频率大小6、调整合适的阈值，直至峰值列表出现9个频点，在测试结果的峰值列表中可以看出该信号的各个频率分量。今天分享的内容结束啦，大家还有不懂的或是想要了解的可在后台留言进行讨论！如果有其他有趣的内容可分享出来一起了解。发布于 2022-07-04 10:57电子仪器仪表示波器频谱分析仪赞同 2添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录宜器服务网致力为大家提供专业的仪器知识和网

泰克示波器MDO3014波形频率分析FFT功能使用方法_tektronix mdo3014使用说明-CSDN博客

泰克示波器MDO3014波形频率分析FFT功能使用方法

最新推荐文章于 2023-06-20 17:41:38 发布

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一般在用示波器查看波形的时候，都是直接将波形的频率参数显示出来，如果波形的频率变化不大的情况下用这种方式观察起来比较方便。如果波形是变频的，而且频率变化比较快的情况下，直接观看频率就比较麻烦了，要想知道当前波形频率的变化范围，就只能一边滚动波形，一边查看频率。比较耗费时间，而且准确性也比较低。如果示波器带有FFT功能的话，那么就可以直接使用FFT功能区分析波形的频率变化范围。现在用泰克 MDO3014示波器演示一下，如何使用FFT功能。这是捕获的一组频率变化的波形。下来按示波器右边数学按钮，这时候示波器底下会出现一行菜单，按下FFT下面对应的按钮。接下来按右边第一个按钮，选择信号源通道，然后使用最上面的旋钮，也就是旋钮a，选择通道2，通过示波器上也可以看到 FFT信号源底下有个a 2的符号，意思就是通过旋钮a选择信号源。按第二个按钮，使用旋钮a选择线性均方根。按第三个按钮，然后通过旋钮a选择 Hanning功能。按第四个按钮，然后通过旋钮a选择要显示频率的中心频率点。旋钮b可以设置水平网格频率分辨率。

可以看到屏幕上有一条红线，这个红线的最左边频率最低，最右边频率最高。这里设置的最中心频率也就是这条红线在显示屏上中心位置的频率。设置好之后，按示波器最底下FFT对应的按钮，将示波器屏幕右边的设置显示关掉。这时候通过旋钮a可以调节这个红色波形的水平位置，调节到屏幕的合适位置方便观看。旋钮b可以设置红色波形的幅度高低，这里这是的是100mv每格，通过旋钮b将波形幅度调节到方便观察的大小。接下来打开光标按钮，这时就可以通过光标按钮测量捕获到波形的频率了。将通过旋钮将光标a调节到最左边的一个脉冲上，屏幕右上角就会显示a光标当前位置的波形频率为29.76kHz，然后将光标b调节到右边，屏幕右上角显示b光标当前位置的频率为37.13kHz。也就是说当前这个波的频率变化范围就是 30K到37K左右。

屏幕上红色波形的每一个脉冲就代表一个频率点的变化，通过脉冲的个数也可以看出频率变化情况。想要读哪个脉冲的频率，可以直接通过调节旋钮a或者b，然后直接在屏幕上观察就行。

有了这个FFT的功能，在分析变频波形时，就会方便很多了。

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泰克示波器MDO3014波形频率分析FFT功能使用方法

一般在用示波器查看波形的时候，都是直接将波形的频率参数显示出来，如果波形的频率变化不大的情况下用这种方式观察起来比较方便。如果波形是变频的，而且频率变化比较快的情况下，直接观看频率就比较麻烦了，要想知道当前波形频率的变化范围，就只能一遍滚动波形，一遍查看频率。比较耗费时间，而且准确性也比较低。如果示波器带有FFT功能的话，那么就可以直接使用FFT功能区分析波形的频率变化范围。现在用泰克 MDO3014示波器演示一下，如何使用FFT功能。这是捕获的一组频率变化的波形。下来按示波器右边数

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如何更方便地使用泰克示波器的FFT软件分析功能 - 知乎切换模式写文章登录/注册如何更方便地使用泰克示波器的FFT软件分析功能隽业TPU气囊厂家隽业塑胶制品（广东）有限公司员工一般在用示波器查看波形的时候，都是直接将波形的频率参数显示出来，如果波形的频率变化不大的情况下用这种方式观察起来比较方便。如果波形是变频的，而且频率变化比较快的情况下，直接观看频率就比较麻烦了，要想知道当前波形频率的变化范围，就只能一边滚动波形，一边查看频率。比较耗费时间，而且准确性也比较低。如果示波器带有FFT功能的话，那么就可以直接使用FFT功能区分析波形的频率变化范围。现在用泰克MDO3014示波器演示一下，如何使用FFT功能。这是捕获的一组频率变化的波形。下来按示波器右边数学按钮，这时候示波器底下会出现一行菜单，按下FFT下面对应的按钮。接下来按右边第一个按钮，选择信号源通道，然后使用最上面的旋钮，也就是旋钮a，选择通道2，通过示波器上也可以看到FFT信号源底下有个a2的符号，意思就是通过旋钮a选择信号源。按第二个按钮，使用旋钮a选择线性均方根。按第三个按钮，然后通过旋钮a选择Hanning功能。按第四个按钮，然后通过旋钮a选择要显示频率的中心频率点。旋钮b可以设置水平网格频率分辨率。可以看到屏幕上有一条红线，这个红线的最左边频率最低，最右边频率最高。这里设置的最中心频率也就是这条红线在显示屏上中心位置的频率。设置好之后，按示波器最底下FFT对应的按钮，将示波器屏幕右边的设置显示关掉。这时候通过旋钮a可以调节这个红色波形的水平位置，调节到屏幕的合适位置方便观看。旋钮b可以设置红色波形的幅度高低，这里这是的是100mv每格，通过旋钮b将波形幅度调节到方便观察的大小。接下来打开光标按钮，这时就可以通过光标按钮测量捕获到波形的频率了。将通过旋钮将光标a调节到最左边的一个脉冲上，屏幕右上角就会显示a光标当前位置的波形频率为29.76kHz，然后将光标b调节到右边，屏幕右上角显示b光标当前位置的频率为37.13kHz。也就是说当前这个波的频率变化范围就是30K到37K左右。屏幕上红色波形的每一个脉冲就代表一个频率点的变化，通过脉冲的个数也可以看出频率变化情况。想要读哪个脉冲的频率，可以直接通过调节旋钮a或者b，然后直接在屏幕上观察就行。除了可以在示波器屏幕上看FFT波形之外，也可以用电脑上位机软件在电脑上分析FFT波形。接下来就介绍一下如何用电脑上位机软件查看FFT，我们用电脑连接上示波器之后，可以选择FFT分析的通道、单位和窗口类型。保存好采集设置之后，点击采集就可以获取到FFT波形，也可以在右侧状态栏中设置采集次数和延时，看到水平刻度和垂直刻度的参数信息，也可以打开光标进行自定义测量。在上位机软件上点击放大镜可以，放大FFT的波形查看波形细节，便于实现更精确的分析。在上位机软件中点击结束之后，上位机软件会自动记录下的测试数据，并自动保存在历史记录中，便于我们以后再进行分析。用电脑上位机软件进行FFT分析，我们用电脑做变频波形数据的查看、处理、分析和传送时，会方便很多。发布于 2022-08-08 16:18傅里叶变换（Fourier Transform）赞同 3添加评论分享喜欢收藏申请

浅懂示波器FFT快速傅立叶变换功能及运用 - 知乎

浅懂示波器FFT快速傅立叶变换功能及运用 - 知乎首发于示波器切换模式写文章登录/注册浅懂示波器FFT快速傅立叶变换功能及运用麦科信科技平板示波器开创者，光隔离探头创新者！大多数示波器上都有个FFT功能，也叫快速傅立叶变换，但很多人不了解这个功能是做什么用的，百度以后又会遇到各种各样的高数公式，看的一头雾水，遂而放弃这块知识。我们来看百度百科的解释：FFT，即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。这一看，头都大了。今天我们就带大家简单的了解下什么是傅里叶变换以及它的功能作用。本文不会涉及任何数学公式，目的只在让大家能理解傅里叶变换表达的是什么，至于怎么来的，我们不管。理解傅立叶变换基本原理：傅立叶变换认为，任何复杂的信号都是由多个正余弦波叠加而来的。比如这个红色信号，我们就可以看作是多个蓝色正余弦波在垂直向量上的叠加。大家都知道秤和砝码吧？我们要量物品的重量，就可以用一个一个砝码来标称。这里，这一个个蓝色的正余弦波就是砝码，这个红色的信号就是被测物品。傅立叶变换，就是这杆秤。通过傅立叶变换，我们可以把这一个个看不见的蓝色信号给抓出来。再比如，光也是一种波，自然光也是由不同颜色的光叠加而成的。通过傅立叶变换，可以把不同频率的光从自然光中给区分出来。还有，假设你处在一个嘈杂的环境中，各种各样的声音一起进入你的耳朵，这个嘈杂的声音的声波实际也就是由环境中各种各样声音的声波组合起来的。通过傅立叶变换，可以把不同频率的声音从嘈杂声中给区分出来。理解频域：我们活在这个世界，对周围万物的感受，可以说都是在时间轴上的感受。听音乐、画画、跳舞，看着你的孩子一天天长高，观察股市的变化等等，都是建立在时间上变化的，世间万物都随时间不停变化。以时间为参考系去看待这个世界，我们就叫它时域分析。示波器上的信号亦是如此，电压大小随时间变化。这就是时域。那么，什么是频域呢？顾名思义，频域就是以频率作为参考系去观察的世界。还记得这个图不?这里，每个被分出来的蓝色信号都有不同的频率，每个信号有不同的电压值。如果我们把这些信号的频率作为X轴，电压值作为Y轴，就会是下面这样：这个图，就是FFT后我们看到的图。这就是频域。我们上面所学全部汇成一个图，就是下面这样：示波器实操测量：下面这个信号是示波器的校准方波信号，我们打开FFT功能可以看到这个信号的频谱图。此时，横坐标的时基变成了“频基”，示波器横坐标上一格代表10KHz纵坐标依然还是代表电压值。我们打开光标，通过微调，将X1调至0Hz，Y1调至0V，然后我们就可以通过移动X2和Y2来知道某个信号的频率和电压值了。也许你会奇怪，第一条直线0Hz是什么？其实那个就是信号中的直流成分，直流信号的频率是0Hz。我们将通道的耦合方式改成交流，滤除直流信号，你就会发现第一条的直线消失了。FFT快速傅立叶变换的作用：FFT就是分析信号的频谱，在物理学、电子类学科、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用。我们比较熟悉的广播和电视，都需要调频道来观看聆听不同的节目。而频道，就是频率的通道，不同的频道就是将不同的频率作为一个通道来进行信息传输。示波器的频域分析，在电源调试中也可以起到加速调试进程的作用。在计算机中，图像、文件的压缩也有用到傅立叶变换的计算。我们常用的PS软件里也有很多工具运用到了傅立叶变换的算法。再比如从某条曲线中去除一些特定的频率成分，也就是滤波，是信号处理中十分重要的概念，也只有在频域才能轻松的做到。我们用的降噪耳机，就是将外界嘈杂声音的频率过滤掉的原理。编辑于 2020-02-27 15:22示波器工程数学数字信号处理赞同 629 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录示波器分享示波器相

使用示波器FFT功能测量调幅信号的调制深度

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使用示波器FFT功能测量调幅信号的调制深度

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1、介绍

在幅度调制中，调制深度是指调制信号和载波信号的振幅比。借助快速傅里叶变化，调制深度可以通过测量边带幅度和载波幅度来得到。在这篇应用文档中，我们将要展示一种使用新峰值/标记功能（在鼎阳X-E系列数字示波器的6.1.31版本上可以看到）的便捷方式来测量调制深度。

2、基本原理

幅度调制使用正弦信号（通常是音频频率范围从10赫兹到20千赫的正弦波）去控制被称为载波的高频信号的幅度。

一个具有振幅调制的载波可以表示为

这里：

V(t)

调幅信号

载波信号的幅度

调制深度

a(t)

归一化调制信号

载波频率

正弦调制是最常用的调制波形类型,如果我们使用正弦波，调制信号可以表示为

根据公式(1)和(2),可以得到

在数学上表示载波波形，和表示被调制信号的正边带(上边带)和负边带(下边带)。上下边带的幅度都是，如果我们设边带的幅度为

那么，

在对数情况下，如果载波幅度和边带幅度的差为X,

那么调制深度可以表示为

图 1

我们看到可以很容易测量边带振幅和载波振幅之间的差X，然后可以轻松地计算出调制指数。

3、测量设置和结果

3.1 设备

示波器：鼎阳SDS1204X-E/X-C系列，且固件版本高于6.1.31。

信号源：鼎阳SDG2122X

阻抗变换器：50欧姆BNC

3.2 仪器设置

这一节，我们将演示如何配置仪器以进行这次测量。有关FFT模块的完整说明，请参阅数字示波器用户手册和快速入门指南。如图2所示，示波器连接到信号源的输出端。

信号源的设置如下：

- 打开调制

- 调制类型：幅度调制

- 载波频率：1 MHz

- 载波幅度：500 mVpp

- 调制频率：10 kHz

- 调制深度：80%

根据信号源的输出，设置FFT的中心频率为1MHz，设置水平档位为5 kHz以提供一个清晰的FFT波形。为了减少随机误差，设置FFT为平均模式且平均次数为100。在窗类型的选择上，选择平顶窗以保证幅度的准确性。从固件版本6.1.31开始，X-E系列示波器的FFT增加了峰值/标记功能，并且用户可以单独设置FFT的点数。FFT的点数越多，FFT波形的频率分辨率就更好，但增加点数同样会增加FFT运算的时间，也会降低刷新率。X-E系列示波器最高支持1M点的FFT运算，所以我们设置示波器存储深度为1.4 Mpts.不需要太高的采样率，设置时基到2ms。根据输入信号，我们可以推断一帧波形有28k个周期，我们将使用前20k个周期来进行FFT运算。为了获得良好的分辨率，一个周期内至少应有五个采样点，因此，最小的FFT点数至少应为100 kpts。所以我们设置FFT的点数为128 kpts，因为在满足测量条件的前提下，可以更快地得到测量结果。

图2 仪器以及连接方式

新版本还支持峰值/标记，它可以快速识别和标记峰值。我们选择峰值进行测量。

图3配置截图

配置过程如下：

首先，设置时基到2ms并进入采集菜单，设置存储深度为1.4M。接下来进入数学菜单，设置操作符为FFT，进入配置菜单，设置最大点数为128k，设置窗口为平顶窗，设置显示为频谱仪，进入下一页，设置模式为平均模式，设置次数为100。然后进入垂直菜单，设置单位为dBVrms，再进入水平菜单，设置中心频率为1MHz，设置水平档位为5kHz，最后进入工具菜单，设置类型为峰值，开启表格以显示峰值列表，打开显示频率以在表格中显示峰值的频率，设置排序方式为频率。

3.3 结果

设置完成之后，进入到搜索菜单，调整阈值以显示较少的峰值方便更好的从表格中读取结果。然后进入配置菜单，按下重置，当FFT的平局次数增加到100次之后，FFT的结果如图4所示。

图4 峰值结果

载波幅度为-14.9dBV，边带幅度为-22.8dBV。所以载波幅度和边带幅度的差值为-7.9dBV。

根据前面的介绍，调制深度的测量结果如表格1所示。

表1 测量结果

设置值

测量值

80%

80.53%

4、总结

配有最新发布的峰值/标记软件的鼎阳数字示波器，支持峰值和谐波搜索，为频谱分析提供了方便的方法。

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使用示波器进行信号频谱分析(FFT)的设置教学 - 知乎

使用示波器进行信号频谱分析(FFT)的设置教学 - 知乎首发于示波器切换模式写文章登录/注册使用示波器进行信号频谱分析(FFT)的设置教学麦科信科技平板示波器开创者，光隔离探头创新者！对信号中的频率分量进行分析是十分重要的，因为他们常常会在设计中引起噪声，一旦超出允许的公差，就可能进而导致器件发生故障功能失常。严重的还可能导致电压尖峰，损坏器件。如果我们在设计的时候没有进行正确的测试，那么上述问题就很可能发生。那么如何对信号进行频率分量的分析呢？也许大家会认为这个活只有频谱分析仪能干，但实际上示波器也能部分胜任，示波器除了时域分析外，还有一个FFT的功能，就可以用来做这个事。FFT是快速傅里叶变换的缩写。简单的说，FFT其实是一种算法，可以帮助我们对时域信号进行分离，然后再将这些分离的信号转换到频域，此时示波器将从时域转换成频域，显示的是信号幅值与频率之间的关系。如下gif图所示，可以清楚的看到示波器是如何将信号从时域转换成频域的。对于FFT的时域频域转换如果不是很了解，可以搜索看下我们之前的文章《浅懂示波器FFT快速傅立叶变换功能及运用》FFT的菜单栏中，包含FFT运算频谱类型的选择，可以选择线或者分贝来作为幅值分别以V-Hz或dB-Hz被绘制在示波器显示屏上。当FFT开启的时候，可以看到水平轴的时基从时间变成了频率，垂直轴单位变为V或者dB。频谱类型下方是触发源的选择，这个比较好理解，要对哪个通道进行FFT运算，我们就选哪个通道为源。源下方是四种不同的FFT窗，分别是矩形窗、哈明窗、布莱克曼窗、汉宁窗。那么为什么FFT会有不同的窗选择呢？因为FFT算法计算频谱信号采样时，只能得到采样点的信息，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，因此忽略了采样间隔中数据信息，这是不可避免的，也称之为栅栏效应。示波器是对有限长度的时间记录进行FFT变换，FFT算法是假设时域波形是不断重复的。这样当周期为整数时，时域波形在开始和结束处波形的幅值相同，波形就不会产生中断。但是，如果时域波形的周期为非整数时，就引起波形开始和结束处的波形幅值不同，从而使连接处产生高频瞬态中断。在频域中，这种效应称为泄漏。因此，为避免泄漏的产生，在原波形上乘以一个窗函数，强制开始和结束处的值为零。而不同的窗函数采用不同的算法，在不同的情况下有着各自的优势。窗函数会改变频域波形，让频谱形成方便我们观察的样子，但是本质上不会消除频谱泄露，不同的窗函数都有其独特的特性，我们只需要根据测量需要选择即可。窗函数效果应用矩形窗（Rectangular）对非常接近同一值的分辨频率，这是最好的窗口类型，但此类型在精确测量这些频率的幅度时效果最差。测量非重复信号的频谱和测量接近直流的频率分量最佳。该窗口用于信号级别在具有几乎相同的事件之前或之后的瞬态或突发。哈明窗（Hamming）对非常接近同一值的分辨频率，这是最佳的窗口类型，并且幅度精度比矩形窗口也略有改进。哈明窗类型比汉宁窗类型的频率分辨率要略有提高。测量正弦、周期性和窄带随机噪音。该窗口用于信号级别在具有重大差别的事件之前或之后的瞬态或突发。汉宁窗（Hanning）用于测量幅度精度极好，但对于分辨频率效果较差。同哈明窗布莱克曼（Blackman-Harris）用于测量频率幅度最佳，但对于测量分辨频率效果却是最差。使用Blackman-Harris测量查找高次谐波的主要单信号频率波形。同时，测量时要注意以下几点：1.由于FFT是一个数学函数，对于数学函数来说处理的数据越多，他就越准确。因此测量的时候，我们要把存储深度打大，时基尽量打大，这样频率分辨率才更高。如下面两张图分别是时基打到200μs和2ms的对比，可以清楚的看到，2ms时基下的FFT效果要好很多。但也要注意时域信号长度不是越长越好，因为示波器的存储深度有限，波形记录时间越长，采样率越低，可能导致源波形失真。一般来说，在时域图上最少出现4到8个波形周期的波形时长是比较合适的。2.具有直流成分或偏差的信号会导致FFT波形成分的错误或偏差，为减少直流成分我们可以选择交流耦合方式。3.在获取周期性信号时，应使用平均采样模式来降低信号噪音。建议平均数不小于16。FFT在电子测量中可以帮助找到噪声干扰源，测试滤波器和系统的脉冲响应，抖动分析，谐波功率分析，电磁干扰分析、频率响应分析等。发布于 2020-09-24 14:06快速傅里叶变换示波器数字信号处理赞同 20添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录示波器分享示波器相

示波器的 FFT 功能怎么调？ - 知乎

示波器的 FFT 功能怎么调？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册傅里叶变换（Fourier Transform）示波器电子技术示波器的 FFT 功能怎么调？关注者8被浏览25,431关注问题写回答邀请回答好问题 1添加评论分享4 个回答默认排序是德科技 Keysight Technologies已认证账号关注示波器fft功能-示波器中的快速傅立叶变换 FFT功能非常有用。是德科技与您分享keysight示波器fft调出来的方法。推荐阅读：“示波器 FFT 是提供信号频域视图的工具。了解示波器上的 FFT 函数如何将数字和射频设计推向市场。”Keysight示波器FFT调出来的方法FFT的菜单栏中，包含FFT运算频谱类型的选择，可以选择线或者分贝来作为幅值分别以V-Hz或dB-Hz被绘制在示波器显示屏上。当FFT开启的时候，可以看到水平轴的时基从时间变成了频率，垂直轴单位变为V或者dB。频谱类型下方是触发源的选择，这个比较好理解，要对哪个通道进行FFT运算，我们就选哪个通道为源。源下方是四种不同的FFT窗，分别是矩形窗、哈明窗、布莱克曼窗、汉宁窗。那么为什么FFT会有不同的窗选择呢？因为FFT算法计算频谱信号采样时，只能得到采样点的信息，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析，因此忽略了采样间隔中数据信息，这是不可避免的，也称之为栅栏效应。示波器是对有限长度的时间记录进行FFT变换，FFT算法是假设时域波形是不断重复的。这样当周期为整数时，时域波形在开始和结束处波形的幅值相同，波形就不会产生中断。但是，如果时域波形的周期为非整数时，就引起波形开始和结束处的波形幅值不同，从而使连接处产生高频瞬态中断。在频域中，这种效应称为泄漏。因此，为避免泄漏的产生，在原波形上乘以一个窗函数，强制开始和结束处的值为零。下面的视频也演示了如何使用keysight FFT测试：https://www.zhihu.com/video/1594621801883299840有关示波器FFT频谱分析功能的一些基本原理有多种因素会影响此类示波器FFT频谱分析达到预期的精度和准确度。这些因素将在下文中进行探讨。我们必须了解示波器的采样特征对于示波器FFT测试质量有什么样的影响。示波器的模拟带宽、采样率、存储器深度和捕获时间均对于测量结果有着深刻影响，同时这种影响也取决于被测信号的特征，以及这些信号特征与示波器捕获性能之间的关系。例如，在这个简单的示例中，我们要测量一个单音频 600 MHz 正弦波信号，并想要观察此信号的基本频谱特征，示波器必须拥有足够的模拟带宽才不会对信号的幅度造成衰减。由于这台示波器拥有最大 1 GHz 的模拟带宽，因此足够测量 600 MHz 音频。该测量将证明时间 / 格设置对于在测量时保持此带宽是非常重要的。为了避免在信号的数字化过程中发生混叠，采样速度必须至少达到被测信号中任何可感知频率的两倍。在这个最简单的正弦波示例中，测量这个 600 MHz 正弦波信号需要使用至少 1.2 GHz 的采样率。显然，本示波器高达 5 GSa/s 的采样率对此测量绰绰有余。但要达到至少 1.2 GHz 的采样率，示波器的时间 / 格设置必须保持在某个特定范围内。对这个 600 MHz 正弦波的 FFT测试能达到什么样的质量呢？让我们回到图 1 中的示波器FFT 测量，请注意主要的单频尖峰，其相关的测量游标显示大约 600 MHz 的频率和 0 dBm 的功率。这与预期相吻合。由示波器FFT 数据所驱动的 FFT 中的实际谱线之间的间隔称为“分辨率带宽”。因为信号能量的分布方式，所以它有时也称为频率“分段”宽度。分辨率带宽严格基于采集数据的时间长度和所选 FFT 窗口类型的因数。此处使用矩形窗口，因数为“1”，因此分辨率带宽就是记录时间的倒数。在本例中：分辨率带宽 = 1 / (200 ns/ 格 x 10 格 ) = 500 kHz因此这个 FFT 能够区分信号频谱中间隔大于 500 kHz 的频率分量 , 而间隔小于 500 kHz 的频率分量会混成一团无法区分。FFT“分辨率带宽”不应与屏幕上显示的“FFT 分辨率” 数字（153 kHz）相混淆。后者描述的是 FFT 数据中两个 FFT 点之间的实际间隔，但它不是在既定时间跨度内所获得的实际分辨率带宽。推荐阅读：屏幕上的缩减时间如何降低示波器FFT 响应性能为了证明记录时间对 FFT 结果的重要性，如果时间 / 格放大至 1 ns/ 格，屏幕上只显示 10 ns 的新时间记录，则分辨率带宽会迅速改变为：分辨率带宽 = 1 / (10 ns) = 100 MHzFFT 结果的巨大变化如图 2 所示，图中更粗糙地显示了 600 MHz 的频域尖峰。显示在此进行了折衷。现在正在处理的时间采样越少，那么计算出的 FFT 结果的频谱线就越少，分辨率带宽越差，但是FFT测试速度大大加快。图 2. 采用 600 MHz 正弦波输入和 1 ns/ 格时的时域捕获结果，以及 FFT 计算结果。时间 / 格的注意事项时间 / 格设置如果设置得太小，就会造成屏幕上显示的时间记录太短，时间点太少，从而降低FFT测试的性能（如前面所示）；而如果时间 / 格设置得太大，使得屏幕上显示的时间记录太长，也可能会造成问题，因为示波器会降低采样率以保持良好的吞吐量。例如，时间 / 格设置可向上平移至 200 ns/ 格，在屏幕上显示 2 μs 的时间记录，在此条件下，示波器能够保持 5 Gsa/s 的采样率和 1 GHz 的模拟带宽。但是在采用 330 ns/ 格及更高设置时，采样率就会下降，示波器带宽降低，这样会影响 FFT 结果。使用起始频率、终止频率、中心频率和扫宽控制FFT 计算和结果视图的一个重要功能是能够对您所关注的区域进行放大分析。第一个示例拥有 0 Hz 至 2.5 GHz 的宽频率扫宽，因此很难看到 600 MHz 载波附近的任何细节。如果在 600 MHz 载波频率附近存在着可疑噪声，并希望对此噪声进行检验。FFT 控制功能可以将中心频率设置在 600 MHz，并设置一个目标扫宽，例如在 600 MHz 载波附近 100 MHz。设置 550 MHz 的起始频率和和 650 MHz 的终止频率也可以提供相同结果。采用这些参数的 FFT测试如图 3 所示。图 3. 600 MHz 正弦波输入的 FFT 结果，FFT 控制设置为 600 MHz 中心频率和 100 MHz 扫宽。宽带 FFT分析如今越来越多的信号均经过调制，可将频谱宽度增加至几百 MHz 甚至几 GHz。如果信号的带宽超过 510 MHz，则当前市场上的频谱分析仪或矢量信号分析仪都没有足够的分析带宽来进行有效的测量。在此情况下，需要使用有足够宽分析带宽的示波器或数字化仪来满足应用的需求。待测信号的载波频率也很重要。被测信号的载波频率加上一半的信号谱宽，必须小于或等于示波器的带宽，以便示波器能够独立完成测量。现在我们将讨论宽带信号频域测量。被测信号是一个 600 MHz 射频脉冲串，每 20 μs 有 4 μs 宽的射频脉冲重复。我们对该信号进行 600 MHz 宽的线性调频，也就是对从 300 MHz 开始到 900 MHz 结束的射频脉冲包络的载波频率进行线性调频。为了进行射频脉冲的基本FFT测试，第一步是在屏幕的信号上捕获一个干净的时域脉冲。使用触发释抑以确保触发不会发生在脉冲中间，避免捕获的迹线出现不稳定的情况。触发释抑设置为略长于射频脉冲的宽度。射频脉冲为 4 μs 宽，因此可以将触发释抑设为 5 μs。定义触发释抑的最简单方式是按下前面板触发区的“Mode/Coupling（模式 / 耦合）”键，然后选择 5 μs 的触发释抑时间。再按下“FFT”键，从屏幕上的时域数字化信号来计算射频脉冲串的频谱视图。示波器提供了起始和终止频率，或者中心频率和扫宽等 FFT 控制功能。首先选择较宽的扫宽，起始频率为 0 Hz，终止频率为 2.5 GHz。选择矩形窗口进行 FFT 计算，因为屏幕上的数据以噪声开始，以噪声结束，整个射频脉冲都在屏幕窗口内。进行 8 次 FFT 平均也有助于优化测量结果。图 4 显示了 FFT 响应结果。图 4. 4 μs 脉宽，20 μs 重复周期的线性调频脉冲信号的 FFT 结果。游标放置在 FFT 响应处，可以看到这个射频脉冲有一个从 300 MHz 至 900 MHz 一共 600 MHz 宽的频谱宽度。至目前仍未证明的是，载波的频率从 300 MHz 呈线性转移到 900 MHz，从脉冲的左侧跨越到脉冲的右侧。选通 FFT 运算功能要想很快看到脉冲上的某些载波频率值，一种办法是使用选通 FFT 功能。这可通过启动正常的时域迹线时间选通功能来实现。一旦启动，屏幕上半部就会出现一个正常的迹线视图，下半部出现一个放大的视图。无论哪一部分的波形出现在窗口的下方迹线中，均是经过放大的。通过创建小时间宽度窗口功能，然后将其移到脉冲的起点，可以得到我们感兴趣的测量结果。通过图 5 所示的选通时间窗口所包含的数据，计算得出 FFT。图 5. 时间选通 FFT 功能观察射频脉冲开端的载波。尖锋峰值幅度和频率的 FFT 测量结果显示，射频脉冲从大约 300 MHz 的载波频率开始。如果时间选通窗口移至射频脉冲的中心，则观察到的频率在 600 MHz 左右。在射频脉冲的末端为 900 MHz。这看上去像是我们预期的线性调频。频率测量和“Measurement Trend（测量趋势）”运算功能在某些情况下，“测量趋势”运算功能能够很好地显示频率线性调频曲线。在一个类似的信号示例中，一个脉冲串由 700 ns 宽的射频脉冲组成，这些脉冲每 20 μs 重复一次。我们需要验证它在 300 MHz 至 900 MHz 之间的线性调频特征。FFT 函数现在已关闭，我们进行纯时域测量。首先，示波器的采集模式从“Normal（正常）”捕获切换为“High Resolution（高分辨率）” 捕获模式。其次，从候选测量列表中选择一种频率测量。载波零交叉检测的中间阈值设为 30 mV。然后按下“Math（运算）”键，选中“Measurement Trend（测量趋势）”运算功能。标记显示出来的就是运算的结果。跨射频脉冲进行的频率测量结果视图如图 6 所示。图 6. 跨脉冲进行的“频率”测量的测量趋势运算功能。显然，脉冲载波像设计的那样，在整个脉冲上按照线性方式从左到右移动。垂直游标显示起始频率从大约 320 MHz 开始，终止频率在大约 830 MHz 附近，水平游标显示该事件持续了大约 600 ns。这样计算出线性调频斜率为 0.85 MHz/ns。期望的线性调频斜率将会在 700 ns 宽的脉冲（包括包络上升时间和下降时间）上移动 600 MHz，或 0.86 MHz/ns。测得的线性调频斜率和预期相匹配。注意，线性坡度显示并未跨越整个射频脉冲的宽度，但在脉冲结束之前达到了极限值。这是因为在趋势计算中已达到了 1000 的测量极限。重要的是，我们可以看到一部分脉冲 FM 功能呈线性。对于跨脉冲的频率测量来说，要获得足够的精度，就必须选择“高分辨率” 采集模式。要选择“High Resolution（高分辨率）”模式，请在前面板的“Waveform（波形）”区域按下“Acquire（采集）”键，然后选择“High Resolution（高分辨率）”。如果载波在更高的频率范围内跨越脉冲进行线性调频，例如上述范围的两倍（900 MHz 至 1.8 GHz），则线性坡度只能在脉宽的一半上看到。对于通用雷达系统等更高频率范围的应用来说，可以选择 Inﬁniium S 系列、V 系列或 Z 系列示波器，它们的测量趋势功能没有 1000 的测量极限。使用输入正弦波进行FFT测试的简单示例MSO-X 3104T 混合信号示波器拥有 1 GHz 的模拟带宽和高达 5 GSa/s 的采样率，能够执行各种测量。这两个技术指标均非常重要，将直接关系到哪些测量应用是能够实现的。我们讨论的第一个测量实例是捕获注入 50 Ω 电阻的 600 MHz、632 mV（峰峰值）、0 dBm、1 mW 正弦波信号（橙色），以及 FFT 结果（白色），如图 1 所示。图 1. 使用 600 MHz 正弦波输入进行的 200 ns/ 格进行时域捕获以及 FFT 计算结果。总结示波器FFT频谱分析是一个十分宝贵的工具，它能够给出信号的频域视图，使示波器能够以极宽的带宽进行测量，从而完成窄带矢量信号分析仪无法完成的测量。示波器FFT测试实例能够验证线性 FM 调频信号是否按照既定方式来移动载波频率。另外，示波器还提供了其他运算功能，即测量趋势功能。了解使用3000T X 系列示波器进行 FFT和脉冲的射频参数测量的更多信息：是德科技编辑于 2023-01-09 07:56赞同 24添加评论分享收藏喜欢收起RFZone专注 RF&uW 测试测量技术十余年关注如果是基本的FFT功能，需要从Math功能调出，如果要得到较好的频谱测试结果，可能需要调节Span和RBW，前者通过改变示波器的采样率进行调整，后者通过改变示波器的记录长度进行调整。发布于 2023-01-06 09:17赞同 3添加评论分享收藏喜欢收起

浅懂示波器FFT快速傅立叶变换功能及运用 - 知乎

如何用示波器完成快速傅里叶变换(FFT) 和宽带射频测量 - 知乎

如何用示波器完成快速傅里叶变换(FFT) 和宽带射频测量 - 知乎首发于示波器使用方法切换模式写文章登录/注册如何用示波器完成快速傅里叶变换(FFT) 和宽带射频测量是德科技 Keysight Technologies已认证账号数字和射频设计人员都发现，在与时域视图结合使用对原型机进行验证和调试时，示波器中的快速傅立叶变换 FFT 功能非常有用。例如，电源上噪声的快速傅立叶变换 ( FFT )视图可以快速隔离和识别不需要的耦合信号，以便确定耦合的来源。此外，越来越多面向射频的设计采用大于 510 MHz 或 1 GHz 的频谱宽度，超出了实时信号分析仪分析带宽能力的极限。设计人员发现，为了实现这种更大的分析带宽，数字化示波器已经成为这些应用的一款重要工具。实质上，示波器变成了宽带射频接收机。本文概要叙述了如何使用 Inﬁniium S 系列、V 系列和 Z 系列示波器进行各种快速傅里叶变换 (FFT ) 和宽带射频测量，以加速产品面市。高级工具选择注意事项在为应用选择适合带宽的示波器时，信号载波频率和调制频率频谱宽度是关键考虑因素。图 1 所示为与 89600 矢量信号分析（VSA）软件配合使用的 S 系列 8 GHz 带宽示波器，它可用于带宽在 8 GHz 以内载波加调制的各种应用。示波器由 M8190A 任意波形发生器控制。图 2 所示为 V 系列 33 GHz 示波器，它可以捕获宽带线性调频调制的 15 GHz 载波射频脉冲，并使用 VSA 软件处理捕获的信号。V 系列适用于在 33 GHz 带宽内载波加调制的宽带宽信号应用。图 1. 由 M8190A 任意波形发生器控制的 S 系列 8 GHz 示波器，显示界面为使用 89600 矢量信号分析（VSA）软件处理的捕获信号。图 2. V 系列 33 GHz 示波器接收采用宽带线性调频调制的 15 GHz 载波脉冲射频信号，并使用在示波器内嵌系统上运行的 89600 VSA 软件进行处理分析。图 3 所示为根据输入通道数和分析带宽进行工具选择的关联对应表。PXA 和 UXA 信号分析仪分别具有 510 MHz 和 1 GHz 的实时信号分析带宽，可以实施单通道测量。这些产品可以将信号下变频为中频，然后对基带信号执行重新采样和分析，以此实现对高载波频率信号的分析。PXA 或 UXA 信号分析仪还可以用作 Keysight 示波器之前的下变频器，实现高达 1.2 GHz 的分析带宽。由于 PXA 或 UXA 仅用作下变频器，因此这样的配置会丢失一部分实时信号分析仪的功能（如频域触发），这些功能可以通过单独使用矢量信号分析仪来提供。示波器也可以单独用于射频测量，并且受示波器的额定带宽限制。例如，S 系列 8 GHz 带宽 Inﬁniium 示波器可以处理载波加载波频率调制不超过 8 GHz 的信号。具有 7 GHz 载波和 1 GHz 宽调制的信号将适合该示波器的带宽。图 3. 各种解决方案的通道数和分析带宽。选择查看工具的另一种方式是绘制感兴趣信号的载波频率与该信号频谱宽度的图形对比，然后就展示出哪些工具适用于这样的载波 / 频谱宽度组合。超宽分析带宽解决方案适用范围图 4 中就显示了这样的一个视图。PXA 信号分析仪可以测量载波频率高达 50 GHz 的信号，并在一个输入通道上提供高达 510 MHz 的分析带宽。UXA 信号分析仪可以输入高达 50 GHz 的载波频率，具有高达 1 GHz 的分析带宽。多个 PXA 或 UXA 信号分析仪可以组合在一起以获得更高的通道数。S 系列示波器本身可提供两个 8 GHz 带宽的通道或四个 4 GHz 带宽的通道。示波器可以处理频谱宽度接近示波器带宽的信号。但是载波加调制必须用足以捕获二者的带宽进行采样。例如，S 系列示波器的 8 GHz 带宽适用于具有 6 GHz 载波和 2 GHz 宽调制的信号，可以对其进行测试。V 系列示波器提供两个 33 GHz 带宽的通道或四个 16.6 GHz 带宽的通道。Z 系列示波器提供两个 63 GHz 带宽的通道或四个 32 GHz 带宽的通道。Z9070B 宽带信号分析工具包将 PXA信号分析仪作为下变频器放置在 S 系列示波器之前，用于处理 3 至 50 GHz 的载波频率，并具有高达 1.2 GHz 的分析带宽。如果信号具有 20 GHz 载波和 1 GHz 宽调制，那么 Z9070B 工具包可以对其进行测量。测量此信号的另一种方案是单独使用 V 系列示波器，这种方法更精确但成本也更高，因为 V 系列具有高达 33 GHz 的带宽。如果这个 20 GHz 载波信号具有 2 GHz 宽调制，那么就需要使用 V 系列示波器而不是 Z9070B 工具包，因为工具包的分析带宽最大只有 1.1 GHz。如果某个应用具有 55 GHz 载波和 2 GHz 宽调制，那么可以将 Virginia Diode Inc.（VDI）公司的混频器放置在 S 系列示波器前进行测量。VDI 混频器可用于处理高达 110 GHz 的载波，分析带宽最高可达 3 至 4 GHz。另一个名为 Z9071B 的工具包将 M1971E 波导谐波混频器（智能混频器）作为下变频器与 S 系列示波器结合在一起，可以在 57 至 90 GHz 的载波上进行 2 GHz 宽的测量。因此，根据不同的应用，我们可以提供多种解决方案来进行所需的测量。Inﬁniium S 系列、V 系列和 Z 系列示波器的射频特性在单独使用示波器或使用示波器和 89600 VSA 软件组合进行 FFT 或宽带射频测量之前，评测示波器的射频特性很有帮助，因为这个射频特性会对测量的结果产生重大影响。Inﬁniium 示波器结合了幅度和相位校正功能，在整个示波器频率范围内具有出色的绝对幅度精度和低线性相位偏差，因而有助于执行高质量的射频测量。考虑到这些示波器所具备的宽带宽能力，它们还能提供优异的噪声密度（接近 -160 dBm/Hz）以及高动态范围和信噪比。这使得设计人员能够查看与大信号相邻的非常小的宽带信号，或者能够提高示波器的灵敏度来测量隔离的低功率信号。这些示波器中的时基电路也能很好地降低接近相位噪声，从而确保深存储器捕获时只有很少的抖动。表 1 所示为Inﬁniium 示波器的三个主要系列 ― S 系列、V 系列和 Z 系列及其典型的射频特性。测量条件的详细信息见附录中的表 3 至表 5。各种示波器的典型频率幅度响应图见附录中的图 1 至图 5。表 1. S 系列、V 系列和 Z 系列典型射频特性比较（请注意附录表 3 至表 5 中各示波器表内所列的测量条件）。快速傅立叶变换 FFT 基础测量示例在第一个示例中，V 系列 33 GHz 示波器在频域中使用快速傅立叶变换 FFT 捕获了一个基本正弦波信号并对其进行了分析。E8267D PSG 矢量信号发生器用于创建一个 10 GHz、功率为 0 dBm（1 mW 端接 50 Ω）的高纯度正弦波。测量设置如图 5 所示（图中也显示了 M8190A 任意波形发生器，但在此测量中没有使用）。图 5. 使用 V 系列示波器捕获 10 GHz 纯正弦波信号。快速傅立叶变换 FFT 测量作为波形数学函数提供，用于创建输入信号的频域视图，如图 6 所示。该测量选择了16 个波形平均作为时域捕获结果，并且选择了200 kHz 的FFT分辨率带宽（ResBW， RBW）。利用这种分辨率，我们可以分别在 -35 dBm 和 -40 dBm 处看到二次谐波和三次谐波。这些是示波器采样过程的假像，在评测 10 GHz 输入正弦信号时可以注意到。E8267D PSG 矢量信号发生器所具有的二次谐波和三次谐波失真位于载波下方低于 80 dB 处，因此在这个特定的信号示例中可以用来确定示波器的二次和三次谐波失真。图 6. 增加 FFT 幅度数学函数以查看二次和三次谐波（-35 dBm，-40 dBm）。当使用 4 GHz 输入正弦波进行类似的测量时，我们看到二次和三次谐波分别位于 -45 dBm 和 -49 dBm 处，这一点仅供参考。很多时候，我们需要以更窄的频率跨度来放大感兴趣的频率。借助示波器 FFT，即使在选定的中心频率周围选择较窄的跨度，测量的分析带宽仍然为“直流到所选示波器带宽”。以上一次测量为例，分析带宽为 33 GHz 宽。随后，我们将对 89600 矢量信号分析（VSA）软件包的使用进行探讨，其中所选的 VSA FFT 跨度变为测量的分析带宽，这又会降低测量中的噪声电平。通过将快速傅立叶变换 FFT 频率“中心”设置为 10 GHz，将“跨度”设置为 1 GHz，将采样速率降低至 40 Gsa/ 秒，并进一步缩小分辨率带宽，我们可以看到一个更清晰的 10 GHz 尖峰视图，如图 7 所示。使用这些设置时，需要在分辨率和吞吐量之间做出权衡。更新每隔几秒钟就发生一次，因为在 40 Gsa/ 秒时需要 6 MSa 的存储深度，才能在主时间记录上放置 150 微秒的时间来支持 10kHz 的分辨率带宽（使用 Hanning FFT 窗口，其中所需的时间等于 1.5/ 分辨率带宽 = 1.5/10E04 = 150 微秒）。图 7. 频率中心设置为 10 GHz，跨度为 100 MHz，分辨率带宽为 10 kHz，需要一些吞吐量权衡。请注意，每当分辨率带宽变得更窄时，噪声电平随之降低。这是因为相同数量的宽带噪声现在散布在较小的频率段上。在具有高达 8 GHz 带宽的 S 系列 Inﬁniium 示波器上可以进行类似的测量。图 8 所示为一个具有 0dBm、1 GHz 干净正弦波输入的捕获和 FFT 示例，其中二次和三次谐波分别在 -65 dBm 和 -48 dBm 处，在 1 MHz 分辨率带宽下忽略二次和三次谐波的无杂散动态范围约为 -68 dBm。图 8. S 系列 8 GHz 带宽示波器捕获具有 1 MHz 分辨率带宽的 1 GHz 干净正弦输入并进行 FFT。包络、频率和相位线性调频的宽带脉冲射频时域测量接下来要考虑的是使用 Inﬁniium 示波器对宽带脉冲射频信号进行时域测量和分析。选择 S、V 还是 Z 系列取决于载波加调制的最大频率分量。被测信号应具有 1 微秒宽的脉冲，脉冲重复间隔为 100 微秒，射频载波频率为 15 GHz，线性调频为 2 GHz 宽。该信号采用 M8190A 任意波形发生器生成，M8190A 运行 IQTools 信号生成软件，并驱动 E8267D PSG 矢量信号发生器上的宽带 I/Q 输入。图 9 为对单个射频脉冲进行各种测量的视图，包括包络参数和整个脉冲上的频率线性调频。将触发“释抑”(Holdoff) 设置为比射频脉冲宽度稍长的值，可以实现对该脉冲的稳定触发。图 9. 使用 V 系列示波器在 15 GHz 载波、2 GHz 宽线性调频射频脉冲上进行的时域测量。为了进行这些测量，我们采用了“包络”数学函数，然后将脉冲测量下拉到可见的射频脉冲包络上。此外，频率变化测量下拉到射频脉冲上（不在包络上），并且利用频率测量的数据结果作为“测量趋势”函数的源，再利用测量趋势的数据结果来定义平滑数学函数，生成的线性调频调制的线性斜坡显示如图 9 所示。感兴趣的频率跨度上的示波器幅度线性度直接关系到被测器件的幅度线性品质。S、V 和 Z 系列 Inﬁniium 示波器的典型射频性能的幅度与频率关系图如附录（IV 至 VI）所示。宽带脉冲射频选通 FFT 频谱测量另一组重要的测量包括宽带 FFT 和时间选通 FFT。通过使用“矩形”窗口定义“FFT 幅度”数学函数，可以创建宽带 FFT。如图 10 所示，出现了一个新的波形窗口，显示捕获的射频脉冲的宽带 FFT。图 10. 使用 V 系列示波器在 15 GHz 载波、2 GHz 宽线性调频射频脉冲上进行宽带 FFT 测量。通过将 FFT 显示的中心频率改为 15 GHz 并将频率跨度改为 5 GHz，可以得到更清晰的频谱视图。结果如图 11 所示。显然，射频脉冲具有 14 GHz 至 16 GHz 的线性调频，在 2 GHz 调制带宽上具有均匀的功率。图 11. FFT 设置为 15 GHz 中心频率和 5 GHz 频率跨度。使用“时间选通”数学函数也可以进行时间选通 FFT。首先，定义时间选通数学函数，其结果请见图 12 上方的波形窗口，其中以橙色清楚标示的为持续增长的射频脉冲。图 12. 时间选通波形视图。然后，第二个 FFT 数学函数可以定义为该时间选通窗口内选取的信号的 FFT（也称为“时间选通 FFT”）。在这个示例中，时间选通 FFT是数学函数 6，并且在数学函数 5 上进行操作，如图 13 所示。我们选择“Hanning”窗口用于 FFT，因为脉冲射频信号的薄时间片基本上是正弦波，对于这种信号而言，Hanning 窗口是合适的选择。图 13. 时间选通窗口中选取的信号的 FFT 幅度数学函数定义。稍微加宽时间选通后可以在屏幕上显示更多周期，将中心频率调整到 15 GHz 并将跨度调整到 5 GHz 以匹配非选通 FFT，如此得出的时间选通 FFT 结果如图 14 所示。“Mark Peaks”（标记峰值）也要选中，放置的阈值刚好低于峰值水平，以便在射频脉冲开始时获得线性调频脉冲的频率读数。图 14. 时间选通 FFT 视图以及射频脉冲开始处的时间选通显示。通过将时间选通窗口拖放至射频脉冲上的各个点，可以在时间选通 FFT 显示中观察到这些时间点的射频脉冲频率。图 15 所示为放置在脉冲结束处的选通的结果。图 15. 时间选通 FFT 视图以及射频脉冲结束处的时间选通结果显示。使用 8 GHz 带宽 S 系列 Inﬁniium 示波器进行类似测量，采用类似的信号，但载波频率为 2 GHz。测量结果如图 16 所示。图 16. 使用 S 系列示波器在 4 GHz 载波，2 GHz 宽线性调频射频脉冲上进行时域测量和 FFT。示波器分段存储功能在脉冲射频应用中实现长目标时间捕获的作用到目前为止，我们已经对脉冲串上的单个射频脉冲进行了测量。通过增加捕获的存储深度，我们可以捕获多个脉冲并对其进行分析。使用完整的 80 Gsa/秒采样率和完整的 2 Gsa 存储深度，对应的捕获时间为 25 毫秒：(2 Gsa) / (80 Gsa/秒) = 25 毫秒假设该脉冲串的脉冲重复间隔为 100 微秒（脉冲重复率 [PRI] 为 10 kHz），这意味着一次捕获将包括大约 250 个脉冲：(25 毫秒) / (100 微秒/脉冲) = 250 脉冲通过使用示波器的分段存储功能，可以显著增加捕获的脉冲数量。使用分段存储模式，2 Gsa 的存储深度可以分成更小的段，其中每个段在满足触发条件之后用捕获的波形进行填充。在这种情况下，触发事件仍然是射频脉冲的开始，分段可以定义为稍长于捕获的最长脉冲。1.2 微秒宽的段可用于捕获 1 微秒宽的脉冲。分段存储捕获可以采用 1.2 微秒宽的段进行设置，其中存储深度选择为 96000 点，图 17 所示为 32,768 个段。图 17. 分段存储模式设置选择 1.2 微秒宽的段来捕获 1 微秒宽的脉冲。如果已知采样速率为 80 Gsa/ 秒，并且需要 1.2 微秒长的段，所需的分段存储深度计算起来非常简单：(80 Gsa/ 秒 ) x (1.2 微秒 ) = 96,000 样本使用此选项，最多可以选择 32000 个分段。现在，按下“单次”捕获按钮，可以捕获 32000 个脉冲并带入 32000 个分段，对应 3.3 秒的目标活动时间。这不是无间隙捕获，而是着重于捕获射频脉冲，并且忽略了无信号存在的时间。相比之下实时采样模式可在 25 毫秒内无间隙捕获 250 个射频脉冲。图 18 所示为分段捕获。请注意，“播放”按钮可用于回放 32000 个分段。还请注意，统计数据是根据捕获的 32000 个脉冲计算的。图 18. V 系列分段存储功能捕获 32000 个脉冲进入 32000 个分段，每个分段 1.2 微秒。S 系列示波器可以进行类似的测量，采用高达 8 GHz 的带宽，20 Gsa/ 秒的采样速率（最多两个通道，带宽为 4 GHz、采样速率为 10 Gsa/ 秒时为 4 个通道），“单次”捕获的 800 MSa 存储深度可以分布到多个存储器分段上。Z 系列 Inﬁniium 示波器在 4 个通道上具有高达 63 GHz 的带宽，在 4 个通道上具有 160 Gsa/ 秒的采样速率，每个通道具有 2 Gsa 的存储深度。使用示波器搭配 89600 VSA 软件进行宽带脉冲射频时域和频域测量使用 89600 矢量信号分析（VSA）软件可以进一步增强采用 Inﬁniium 示波器进行的射频和 FFT 测量。使用 VSA 软件具有以下优势：软件主体内置射频参数测量能够在 FFT 计算之前对示波器输入样点进行带通滤波和抽取，以减少噪声、加快FFT 计算多种数字和模拟解调选件Keysight Connection Manager 用于在示波器和 89600 VSA 软件之间建立连接，以便 VSA 控制示波器进行测量。89600 VSA 软件中有一些设置要求，包括将中心频率设置为输入信号的 4 GHz 载波，以及将频率跨度设置为略宽于信号调制的跨度。触发也需要进行设置，使其能对具有正确电压阈值电平的输入信号起作用，并且触发释抑时间要略宽于输入信号的脉冲宽度，如图 19 所示。图 19. 将触发源设置为“通道 1”，触发释抑时间设置为 1.2 微秒。反映示波器测量范围的灵敏度（伏 / 格）设置也必须进行调整，以使得输入信号略小于示波器的满刻度量程。选择矩形 FFT 窗口是因为我们的目标是在屏幕上获得单个射频脉冲，而矩形窗口可以完全容纳这个脉冲，不会通过滤波添加任何失真。VSA 软件允许选择多个窗口，2x2 窗口格式便于显示，如图 20 所示。– FFT 频谱视图– 脉冲的时域基带视图– 脉冲的频移– 脉冲的相移图 20. VSA FFT、脉冲、频率线性调频和脉冲上的相位变化。对于左上窗口中的 FFT 频谱视图，选择“Ch1 Spectrum”（通道 1 频谱），缩放“Ch1 Main Time”（通道 1 主时基）和“Real”（实际）以查看左下窗口中的脉冲。为了查看脉冲上的频率变化，再次选择“Ch1 Main Time”（通道 1 主时基），但垂直单位设置从 LogMag（对数幅度）改为“Group Delay”（群延时），如右上窗口所示。这是一种通常采用时间的导数来进行计算的技巧，在这种情况下，采用的是相位的导数，即频率。实际上，它执行的是调频解调，以便查看整个脉冲上的频率线性调频。VSA 调频解调器也可以用于观察脉冲上的频率变化。为了观察脉冲的相移，我们选择“Unwrapped Phase”（展开相位）作为垂直刻度，如右下窗口所示。标记可以放置在波形上以进行各种测量，例如线性频率的频率增量，或从射频脉冲开始处到中心的相位增量。通过限制 89600 VSA 软件的分析带宽增加脉冲射频捕获动态范围示波器与 89600 VSA 软件结合使用的另一个优势是可以扩展测量信噪比。VSA 软件具有对采集的示波器数据进行带通滤波的能力，并能以较低的采样速率对数据进行重采样，从而得到更低的噪声、更高的动态范围以及更宽的信噪比。在以下示例中，S 系列示波器捕获一个脉冲串，其中一个大脉冲后紧跟着一个小脉冲，小脉冲位于第一个脉冲下方 50 dB 处，相当于功率仅为其十万分之一，电压仅为其 1/316（100,000 的平方根）。两个脉冲序列之后重复。大脉冲具有 + 6 dBm 的功率电平（~1.4 mW），使得端接 50 Ω 的峰值电压约为 633 mV。这可以表示为 -4 dBVpk 电平（20log 0.633）。它也与端接 50 Ω 的 1266 mV 峰峰值信号对应。相比之下，小脉冲的电压仅为其 1/316，峰峰值仅为 4 mV（-44 dBm，-54 dBVpk）。VSA 量程设置为 +6 dBm（633 mV 峰值），对应示波器的垂直量程为 1266 mV。共有 8 个垂直分格，因此对应的设置为 ~160 mV/ 格。在这个 ~160 mV/ 格设置的完整 8 GHz 带宽下，S 系列的宽带均方根噪声约为 5 mV，由噪声图内插入数据表中，如表 2 所示。5 mV 的噪声大致可转换成相当于均方根噪声（假设为高斯噪声）3 倍的峰峰值噪声。因此，峰峰值噪声约为 15 mV。表 2. 不同 V/格设置下的 S 系列示波器均方根噪声电平。因此，小脉冲（4 mV 峰峰值）被测量中的噪声（15 mV 峰峰值）掩盖，在线性刻度且无平均采集模式下不能在示波器的完整 8 GHz 测量中予以很好地识别，，如图 21 所示。图 21. S 系列捕获紧邻 50 dB 下脉冲的 +6 dBm 脉冲（第二个脉冲不可见）。如果将示波器捕获的数据导入到 89600 矢量信号分析（VSA）软件，它可以数字下变频为 I 和 Q 基带数据，并进行带通滤波和重新采样。这个过程可以大大减少测量中的噪声量。基本上，这是一个“调谐”到信号中心频率，并且“放大”信号对调制进行分析的过程，也称为“处理增益”(Processing Gain)。在这个例子中，具有相关噪声的原始 8 GHz 宽测量缩减为以 3.7 GHz 载波为中心的 500 MHz 宽的测量，其瞬时测量带宽稍宽于信号调制的宽度。这带来 10log *(示波器带宽/频率跨度) = 10log *(8E + 09 / 500E + 6) = 12 dB 的信噪比改善。信噪比的改善为 10log*(示波器带宽/跨度)利用这种处理增益的优势，结合 89600 VSA 软件具有对数幅度刻度的能力，并使用平均功能，现在可以看到 50 dB 下脉冲，如图 22 所示。图 22. 使用 89600 VSA 软件“中心频率”和“频率跨度”设置，能够看到的 50 dB 下脉冲图 23 以图形方式描述了通过缩小频率跨度实现的信噪比改善。这是示波器 0 dBm 灵敏度范围的允许信噪比示例图。图 23 以图形方式描述了通过缩小频率跨度实现的信噪比改善。图 24. 矢量信号分析仪软件中 FFT 动态范围与分辨率带宽设置的关系图在 FFT 视图中测量窄带信号时的动态范围改进可描述为：10log*(示波器带宽/分辨率带宽)这并未对示波器响应的无杂散动态范围（SFDR）或谐波失真特性进行描述，但它给出了 FFT 测量中本底噪声的位置。随着分辨率带宽变得越加精细，并且存在的噪声被划分为更小的时间段，本底噪声会下降。此图不考虑由于各种杂散引起的限制，因此无杂散动态范围（SFDR）仍限制在 50 dB 左右。使用示波器分段存储器与 89600 VSA 软件脉冲选件 BHQ 进行长目标时间捕获和统计脉冲分析使用示波器对宽带射频信号进行采样时，它必须以足够快的速率采样才能精确地捕获载波加调制。这意味着通常会需要非常快的采样速率，也意味着在正常实时采样模式下，示波器存储器不会允许非常长的捕获周期。例如，为了捕获具有 20 GHz 载波和 2 GHz 宽调制的信号，需要示波器仍然具有超出 21 GHz 的平坦响应。25 GHz 或 33 GHz 型号的 V 系列 Inﬁniium 示波器具有高达 80 Gsa/秒的采样速率，能提供所需的性能。我们的经验是，示波器的采样速率应当至少是被测信号中最高频率含量的 2.5 倍。这在本示例中对应大约 50 GHz 的采样率（2.5 * 21 GHz）。在使用 33 GHz，80 Gsa/ 秒的 V 系列型号进行测量时，即使采用完整的 2 Gsa 存储深度，也只能得到 25 毫秒的目标捕获时间：目标捕获时间 = 2 Gsa *(1/80 Gsa/ 秒 ) = 1/40 秒 = 25 毫秒当存在低占空比信号（如公共脉冲射频雷达信号）时，有一种方法可以大大增加目标捕获时间，即使用示波器的分段存储功能。示波器存储器被划分为具有固定时间宽度的小段。每小段的宽度应比最宽的射频脉冲略宽。示波器触发一个事件（如射频脉冲的开始），然后将一个射频脉冲放置在存储器分段中。示波器随后停止捕获数据，重新设置触发，并等待下一个射频脉冲发生。将第二个射频脉冲放入存储器的第二个分段。继续此过程，直到示波器存储器的所有分段全部用完。89600 VSA 软件的脉冲分析选件 BHQ 允许用户利用示波器分段存储功能。它可以对分段进行定义，并且具有针对脉冲射频信号的许多内置脉冲测量功能。图 25 所示为使用示波器中的分段存储器并结合 BHQ 选件中内置的脉冲参数测量功能捕获多个射频脉冲。图 25. 89600 VSA 的脉冲分析选件 BHQ 和基于示波器分段存储功能的脉冲参数测量。请注意屏幕左上方的 2 GHz 宽频谱，屏幕顶部每个示波器分段存储中的脉冲 dB 伏峰值视图，以及屏幕中间具有线性电压刻度的脉冲视图，将预期值（红色迹线）与实际值（绿色）和增量（黄色）比较，最后在屏幕底部有一条迹线，显示每个示波器存储器分段中的线性调频，预期值（蓝色）与测得值（红色）和增量（黄色）。可以看出，线性调频非常接近预期的线性斜波。如图 26 所示，单击“通道 1 脉冲累积统计”选项卡并展开测量窗口，可获得全套统计数据。图 26. 在 89600 VSA 软件中使用脉冲选件 BHQ 进行统计分析使用Inﬁniium 示波器和 89600 VSA 软件进行宽带通信测量在调制带宽和/或并入诸如 MIMO 的多通道体系结构时，通信信号频带也变得更宽。这反过来促进了使用示波器或宽带数字化仪作为前端接收机，结合 89600 VSA 软件软件进行调制分析。以图 27 所示的 64QAM 通信信号为例，该信号具有 11 GHz 载波中频和 2 GHz 宽调制带宽，采用 V 系列 33 GHz 示波器测量。载波加调制通过 80 Gsa/秒的示波器前端和数模转换器捕获并采样，然后 89600 VSA 应用软件导入样本，并执行数字下变频到基带 I 和 Q。这包括通过数字低通滤波得到所需的频率跨度，然后进行数字下采样以显著减少用于 FFT 处理的数据量。然后，89600 VSA 软件可以执行分析，例如绘制基带 I/Q 信号的星座图并计算误差矢量幅度（EVM）。图 27. 宽带 V 系列示波器加上VSA软件进行5G 中频 2 GHz 宽64QAM 数字通信信号的测量。总结调制带宽大于目前在矢量信号分析仪中可用的 1 GHz 瞬时测量带宽的设计数量日益增多。这促使设计人员使用能提供足够带宽和采样率的数字化仪和示波器，以便直接对载波加调制进行采样。包络、测量趋势和 FFT 等数学函数都已经证实非常有助于理解目标系统的运行和存在的问题。将示波器与 89600 VSA 软件软件结合，可形成一个功能强大的射频测量套件，用于执行各种各样的测量，包括解调、扩展的信噪比时域视图和统计射频脉冲分析。尽管在动态范围/信噪比和可用的瞬时带宽之间存在折衷，但是许多有用的宽带测量能帮助工程师对原型机或量产产品进行评测。编辑于 2021-09-28 08:21示波器射频傅里叶变换（Fourier Transform）赞同 9添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录示波器使用方法介绍是德科技(原安捷伦)示波器的使用方法

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2021-10-27 17:30:15

未经作者授权，禁止转载4085613本集泰克技术小哥哥胖巍，为大家介绍了使用示波器自带的FFT功能做频谱分析，以及如何使用光标测量频点、相对幅度、相对频率比较等。知识野生技能协会视频教程全国大学生电子设计竞赛FFT分析示波器泰克科技备战电赛

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