泰克新一代示波器MSO64為實例來講解時頻域信號分析技術(shù)。MSO64采用全新TEK049平臺,不僅實現(xiàn)了4通道同時打開時25GS/s的高采樣率,而且實現(xiàn)了12-bit高垂直分辨率。同時,由于采用了新型低噪聲前端放大ASIC—TEK061,大大降低了噪聲水平,在1mv/div時,實測的本底噪聲RSM值只有58uV,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場同類示波器。這些特性都是MSO64頻譜模式——Spectrum View獲得高動態(tài)、低噪底的強(qiáng)有力保證。
圖1.MSO64采用全新TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061時頻域同步分析混合信號調(diào)試過程中,往往需要同時觀測時域波形和信號頻譜,對于這樣的測試需求,示波器是非常理想的選擇。雖然測試動態(tài)不如頻譜儀,但示波器有著自己的優(yōu)勢:可以同時完成波形及頻譜分析,而且二者具有時間相關(guān)性;支持多個通道的時頻域同步分析,實現(xiàn)對電路的多點監(jiān)測;可以分析周期信號的頻譜,也可以分析非周期信號的頻譜;可以分析極低頻率(低至DC)信號的頻譜,這是頻譜儀所不能及的;支持豐富的信號探測方式,可以通過標(biāo)準(zhǔn)同軸接口連接,也可以通過配套的電壓、電流探頭靈活探測。作為一種全新的基于示波器的頻譜分析方法,Spectrum View實現(xiàn)了信號的時域和頻域并行處理。對于要求高頻率分辨率的應(yīng)用場合,傳統(tǒng)的FFT方式需要增大水平時基才可以實現(xiàn),這不僅降低了測量速度,而且也無法觀測時域波形的細(xì)節(jié)。Spectrum View支持時頻域的獨立設(shè)置,即使在很小的水平時基設(shè)置下,依然可以獲得很高的頻率分辨率,不僅可以觀測波形細(xì)節(jié),同時具有較高的頻譜刷新率。圖2.諧波、雜散測試:Spectrum View vs Conventional FFT
圖2測試了一個100MHz的CW信號,捕獲了4個周期的時域波形。圖中分別使用Spectrum View和傳統(tǒng)的FFT(Math功能)測試該信號的頻譜,通過對比可以看出,由于時域捕獲時間較短,導(dǎo)致傳統(tǒng)FFT頻譜的分辨率非常低。相反,Spectrum View的頻譜測試結(jié)果非常好,不僅具有高分辨率,而且底噪也非常低,可以清晰地觀測信號本身及其諧波和雜散。與此同時,由于水平時基設(shè)置得較小,還可以觀測到時域波形的細(xì)節(jié)信息。
圖3.RF Chirp Pulse時域參數(shù)及頻譜測試
鑒于Spectrum View的這些優(yōu)勢,結(jié)合示波器其它功能,還可以對射頻脈沖信號進(jìn)行診斷測試,包括時域包絡(luò)參數(shù)及信號頻譜等。圖3測試了一路200MHz載波的線性調(diào)頻脈沖信號,脈沖周期5us,脈寬1us,帶寬50 MHz,同時給出了時域波形、包絡(luò)及頻譜測試結(jié)果。測試過程中,還可以靈活調(diào)整Span和RBW以便觀測包絡(luò)譜或者線狀譜,從而對信號進(jìn)行更加細(xì)致的分析。多通道頻譜分析示波器具有多個模擬通道,每個通道均可以激活Spectrum View功能,因此支持多通道頻譜測試。在復(fù)雜調(diào)試過程中,可以實現(xiàn)對多點的波形和頻譜監(jiān)測。類似于MSO64的多通道時域波形顯示方式,所激活的頻譜既可以“堆棧(Stacked)”顯示,也可以“重疊(Overlay)”顯示。圖4同時觀測了兩個通道的時域波形及頻譜,并且采用了重疊顯示,以便于頻譜之間的對比。Spectrum View支持移動Spectrum Time的位置,如圖4標(biāo)記處所示,以觀測不同時刻的頻譜。每個通道Spectrum Time的位置默認(rèn)是聯(lián)動的,這保證了各個通道測試頻譜的相關(guān)性。當(dāng)取消聯(lián)動設(shè)置后,也可以獨立設(shè)置每個通道的Spectrum Time位置。所有通道的頻譜共用相同的Span、RBW、FFT Window,這一點與時域要求多通道間共用采樣率、水平時基及觸發(fā)類似。盡管如此,各個通道的中心頻率可以獨立設(shè)置,默認(rèn)是聯(lián)動的,也可以根據(jù)需要設(shè)置為不同值。