带 FFT 的示波器还是频谱分析仪?

电器工程 示波器 频谱分析仪
2022-01-10 03:23:34

有人可以向我解释一下哪些应用程序需要其中一个,为什么?据我所知,这都是关于“分贝”的;真的吗?为什么?

起初我可以看到具有 FFT 功能的数字存储示波器 (DSO) 和频谱分析仪 (SA) 是一样的……它们将从时域获取信号,并将其转换为频域,我们可以检查所有信号的谐波和频率分量,并以全新的方式对其进行分析.......但由于 DSO 通常比 SA 便宜得多,我一直想知道 SA 将提供哪些 DSO 无法提供的功能。是关于精度、计算速度(我的 DSO FFT 真的很慢)、带宽(便宜的 DSO 通常只能达到 100MHz),还是仅仅取决于模型而不是 DSO 或 SA?还有更多我不知道的,你能告诉我吗?

4个回答

简单地说 - 示波器是任何电子实验室必不可少的工具,而 SA 通常不是(除非您是 RF 工程师,即使那样您也需要一个好的示波器),而且质量好,相比之下要贵得多(尽管 Rigol 刚刚以合适的示波器类型价格推出了一些非常强大的 SA)
您的平均 DSO 上的 FFT 功能将完成大多数工作,因此除非您感兴趣的频率范围是例如 > 500MHz 左右(如果它让我们知道) ,那么 DSO 是首选工具。

基本上一个是幅度与时间的关系(范围),另一个是幅度与频率的关系(SA)

示波器示例:
假设您有一个间歇工作的数字信号,您可以检查示波器并查找过冲/下冲、振铃、噪声、毛刺等。

诚信问题

(简单)SA 示例:假设您有一个信号并且您想检查它的谐波分量,您可以查看 SA 屏幕并检查谐波(例如,纯正弦波应该只是屏幕上的一个尖峰,在它的频率,方波将是一系列递减的奇次谐波)

频谱分析仪上的方波:

SA 方波

示波器上的相同信号如下所示:

示波器上的方波

具有 FFT 功能的示波器使用对存储波形的内置数学分析来计算信号的频率成分和幅度。它以频率与幅度图的形式显示在屏幕上 - 就像频谱分析仪一样。

一个“真正的”模拟型频谱分析仪,实际上是从信号中测量每个频率(步长)的幅度,除了在屏幕上准确显示测量值所需的幅度之外,不需要对测量的幅度进行任何数学运算。

的确,许多示波器都提供 FFT 功能 - 但除非您使用新的昂贵示波器 - 所得到的显示与其说是真正的频谱分析仪,不如说是一种指南。

也就是说,新一代组合数字仪器确实提供了与单任务仪器相同的频谱分析结果和示波器测量。然而,它们并不便宜,但很有用,因为频率/模拟内容可以与数字示波器波形同步,以识别那些导致射频相关问题或 EMC 的信号。

示波器现在通常是数字示波器或 DSO,根据规格、性能和带宽,可以从 50 美元到 5000 美元购买。它们可以连接到 USB、IEEE488、PCI 和许多其他端口。这些为重复和 1 次波形和数学函数提供存储。

频谱分析仪测量频谱密度,数字 SA 使用 FFT 来计算频谱,而 RF SA 使用双重或三重转换扫描扫描,如电视调谐器,但具有非常精确的前置放大器、滤波器和对数转换器,因为测量更方便显示宽动态范围,例如为 100 分贝。它们用于大型涡轮机、无线电、微波、光谱等领域的地震、音频、机械轴承分析仪。它们可用于进行波特图、滤波器图、射频发射测试、无线电测试、天线设计、雷达、蜂窝设计和测试验证。

频谱分析仪实际上有数千种不同的应用,除了无线电工程师在所有工业领域中工程师需要分析特定设备中的频谱,无论是机械的、光学的还是电气的。我认识一位亲戚,他们用一位亲戚来分析日本的千兆瓦 GE 涡轮机的轴承谐波,这是产品质量和老化因素的有力指标。

网络分析仪甚至比 SA 更精确,并且具有双输入的内置跟踪发生器,因此可以测量传递函数。它们具有广泛的频率范围,可用于测量 SMPS 中的相位裕度以进行稳定性测试或 PLL 测试或插入损耗、回波损耗、SMith 图表等,并且可以在 0.1 至 50 GHz 或 0.1dB 范围内精确到感兴趣的子范围,例如 0 ~ 1MHz 这些每个可能花费 10 万美元。惠普和安立是美国最大的两家供应商。

但是对于纯音频,有免费的软件工具可以使用 MIC、Line IN 或内部音频显示音频信号和频谱分析。

例如,Audacity 是一个程序。我还有旧的 Cool Edit Pro 2. 版本。 在此处输入图像描述 波形由 AC-DC (Hell's Bells) 提供

不同之处在于频谱分析仪有一个混频器前端,允许它改变它正在收听的频率范围,而示波器保持固定在低端。

这意味着可以看到更高频率的信号,同时,被观察区域之外的信号被滤除,因此您可以调整 ADC 预分频器以获得更好的分辨率。

另一方面,混频器根本不喜欢直流,因此在正常的 EE 工作中,您也无法使用频谱分析仪代替示波器。