使用示波器的FFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析之四-示波器的設(shè)置

現(xiàn)在的示波器可以提供兩種方式來(lái)執(zhí)行快速傅里葉變換（FFT），一種是手動(dòng)方式，一種是基于頻譜分析軟件的自動(dòng)方式，下面我們分別介紹這兩種方式的具體過(guò)程。

在示波器中手動(dòng)做FFT

圖1左上角是50 kHz正弦波的時(shí)域波形，水平時(shí)基設(shè)置為100μs/格，整個(gè)采集窗口是1 ms，如果采用1 /采集窗口，那么頻率分辨率為1kHz，右下角的時(shí)基描述符告訴我們采樣率為10GS / s，這意味著頻域中的頻率范圍可達(dá)5GHz。

圖1 左邊是50 kHz正弦波，右邊是信號(hào)的FFT

使用Math下拉菜單打開FFT數(shù)學(xué)函數(shù)，圖1右上角是正弦波的頻域圖，正如我們所料，我們看到低頻處50kHz處的峰值和最高5GHz的頻率范圍。

在設(shè)置FFT函數(shù)時(shí)，仍然關(guān)注有關(guān)FFT的兩個(gè)假設(shè)，首先，設(shè)置數(shù)據(jù)截?cái)嗪苤匾硪环矫妫x擇窗函數(shù)（圖2），對(duì)于前者，我們測(cè)量了1000萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并使用從2到N次冪的方法將其轉(zhuǎn)換為8,383,000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。對(duì)于后者，窗函數(shù)被設(shè)置為vonHann函數(shù)。

圖2設(shè)置數(shù)據(jù)截?cái)嗪痛昂瘮?shù)

從圖1可以看出，FFT中的大部分有用信息都處于頻譜的低頻段。在圖3中，我們放大頻譜以100kHz /格顯示FFT頻譜，中心頻率設(shè)置為500 kHz，請(qǐng)注意，我們?nèi)匀灰?/span>10 GS / s的速率對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，分辨率為100μs。

圖3在50kHz處顯示出一個(gè)尖峰，此后每50kHz間隔中有一個(gè)幅度變化的次諧波陣列，在時(shí)域中看起來(lái)很干凈的正弦波，事實(shí)上是失真很大，這個(gè)信號(hào)來(lái)自一個(gè)低價(jià)的函數(shù)發(fā)生器，就像生活中的其他一切一樣，高性價(jià)比是不存在。

頻譜分析軟件自動(dòng)執(zhí)行FFT

力科示波器都可以配備頻譜分析軟件選項(xiàng)，提供了與專用頻譜分析儀非常相似的用戶界面，簡(jiǎn)化了FFT的設(shè)置，提高了測(cè)試的效率。

在力科示波器中，可以在屏幕頂部的Analysis下拉菜單中找到Spectrum Analyzer應(yīng)用程序，在圖5中，對(duì)于采集到的正弦波，頻寬范圍設(shè)置為0到1MHz，在這種自動(dòng)模式下，需要注意的是，設(shè)置的最高頻率會(huì)對(duì)儀器的采樣率產(chǎn)生影響，我們希望采樣率至少是最高頻率的2倍，該軟件通常遵循5X經(jīng)驗(yàn)法則，因此，對(duì)于1MHz的頻譜，示波器已自動(dòng)設(shè)置為5MS / s的采樣率，如果更改為5MHz量程，會(huì)看到采樣率設(shè)置為25MS / s。

同樣，分辨率帶寬將影響水平時(shí)基，在圖5中，分辨率帶寬設(shè)置為200 Hz，使用1/200 Hz，我們確定采集窗口時(shí)間至少需要5ms，考慮到FFT操作其他要求，示波器會(huì)自動(dòng)將該周期設(shè)置為20 ms。如果想要更低的分辨率帶寬，例如1 kHz，儀器將通過(guò)將水平時(shí)基縮小到5 ms來(lái)響應(yīng)。

因此，在使用頻譜分析軟件的自動(dòng)模式中，通過(guò)設(shè)置分析本身的參數(shù)來(lái)控制采集的關(guān)鍵參數(shù)，但在使用FFTMath功能的手動(dòng)模式下，用戶必須自己調(diào)整采樣率和時(shí)基。

頻譜分析軟件自動(dòng)模式的另一個(gè)重要特性是能夠識(shí)別信號(hào)中的頻率峰值，我們知道正弦波的大部分有用信息都在低頻段，為了更好地了解頻譜的這一部分，希望降低分辨率帶寬，這將導(dǎo)致相應(yīng)的水平時(shí)基增大。這不會(huì)改變采樣率，示波器足夠智能，知道它必須提高其采集速率以采集更多數(shù)據(jù)。

在頻譜分析設(shè)置對(duì)話框的峰值/標(biāo)記選項(xiàng)卡中，打開峰值功能非常簡(jiǎn)單，它將自動(dòng)指示信號(hào)中的頻率峰值，我們還可以打開注釋，向我們顯示各個(gè)峰對(duì)應(yīng)的頻率。

使用力科示波器中的頻譜分析軟件選項(xiàng)執(zhí)行FFT的“自動(dòng)模式”，使該過(guò)程非常智能化，可以像使用頻譜分析儀一樣控制儀器：更改最大頻率控制采樣率，調(diào)整分辨率帶寬控制水平時(shí)基，因此，我們不必像在手動(dòng)模式中那樣考慮這些參數(shù)。