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2021年12月23日 | 泰克示波器Spectrum View 功能——频域分析利器
2021-12-23 来源：eefocus
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。本文安泰测试将要介绍的是泰克示波器的频谱分析功能——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，Spectrum View 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。
· Spectrum View 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. Spectrum View 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 Spectrum Time 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
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。
图 4. 时域、频域和调制域联动分析
多通道频谱测试
频谱应用过程中，Spectrum View 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，Spectrum View 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、FFTWindow 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PeakMarker，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
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