【基础篇】示波器上的频域分析利器 ，Spectrum View测试分析
品慧电子讯示波器和频谱仪都是电子测试测量中必不可少的测试设备，分别用于观察信号的时域波形和频谱。时域波形是信号最原始的信息，而频谱的引入主要是为了便于分析信号，比如谐波和杂散的测试，从时域上很难观察到，但是从频域就可以非常明了的区分开。
示波器除了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，从而兼具频谱分析功能。几乎所有的中高端示波器均支持FFT频谱分析。本文将要介绍的频谱分析功能——Spectrum View，是一款功能强大的频谱分析工具，它的引入开启了全新的时频域信号分析。
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
从实现方法上讲，Spectrum View也是采用FFT，但并不是直接处理采集的样点，而是先通过数字下变频(DDC技术) 得到IQ数据，然后经过FFT得到信号频谱。这也是相对于传统FFT的一大特色。与原始采集信号相比，IQ信号携带的频率要低很多，对IQ数据重采样无需太高采样率，大大降低了数据量，提高了处理速度。
无论与频谱仪比较，还是与示波器传统的FFT方法相比，SpectrumView都具有自己的特色：
● 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。
● SpectrumView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. SpectrumView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SpectrumTime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
图4. 时域、频域和调制域联动分析
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。
多通道频谱测试
频谱应用过程中，SpectrumView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，SpectrumView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、FFT Window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Peak Marker，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
小结
文中介绍了SpectrumView功能，阐述了与传统示波器FFT方法的区别及优势。Tek049平台及低噪声放大前端Tek061的引入，可使得示波器达到低噪声水平，这是测试微弱信号频谱的重要前提。时域与频域并行处理架构，使得时频域数据捕获相互独立，同时SpectrumTime的可移动性，使得示波器具备了多域联动分析功能。
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