快速傅里葉變換(fast Fourier transform) 簡稱FFT, 是利用計算機(jī)計算離散傅里葉變換（DFT)的,、快速計算方法的統(tǒng)稱?？焖俑道锶~變換是1965年由J.W.庫利和T.W.圖基提出的,。采用這種算法能使計算機(jī)計算離散傅里葉變換所需要的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點(diǎn)數(shù)N越多,，F(xiàn)FT算法計算量的節(jié)省就越顯著,。
一直以來，我們接受的教育就是要用FFT來進(jìn)行頻域信號的測試與分析,。工作以后我們利用示波器上的FFT功能進(jìn)行頻域信號測試,。FFT功能在示波器普及率高，易獲取,?？梢詫崿F(xiàn)時域,、頻域聯(lián)調(diào)功能，還具備高采樣帶寬,。
隨著測試要求與測試信號的復(fù)雜程度的提高,，在利用FFT進(jìn)行頻譜分析時，遇到了很多問題,。
- FFT測試需要通過調(diào)整水平時基來改變RBW,，在要求RBW很小的測試場景，需要增大水平時基,，嚴(yán)重影響了示波器處理速度；
- 操作不直觀,；
- 無法在時域頻域同時獲得優(yōu)的信號呈現(xiàn),；
- 動態(tài)范圍有限；
- ……
“我在高分辨率的情況下,，觀測更高頻率的信號時會發(fā)現(xiàn),，采樣率提高，導(dǎo)致采樣時間受限,，無法捕獲其它感興趣的信號/事件,。同時導(dǎo)致波形存儲變長，響應(yīng)變慢,；FFT輸入樣點(diǎn)變多也會嚴(yán)重影響響應(yīng)速度,；需要手動控制采樣深度，采樣率等等,；很難用頻譜縮放展示頻譜范圍,。”
這些問題都讓我越發(fā)頭疼，如何才能解決這些問題呢,？
泰克新推出的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以解決這些問題,！
- 采樣技術(shù)使得時域頻域控制互不干擾，比傳統(tǒng)FFT更易用
- 可以在兩個域同時從不同角度觀測信號
- 觀測頻域信號在時間軸上的變化
- 分析信號/事件在頻域和時域上發(fā)生時的相關(guān)性
多通道分析測試
頻譜應(yīng)用過程中,，Spectrum View與頻譜儀FFT模式下的數(shù)據(jù)處理過程相同,，雖然測試動態(tài)不如頻譜儀，但是Spectrum View有著自己的優(yōu)勢,，比如可以測試極低頻率的信號,，具有豐富靈活的探測方式，以及時頻分析的相關(guān)性,。此外,，Spectrum View還支持多通道頻譜測試，這得益于TEK049支持同時對每個通道的信號作頻譜分析處理,。
圖1,、同時觀測兩個通道的時域波形及頻譜
TEK049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1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,。所有通道的頻譜共用相同的Span,、RBW、FFT Window及Spectrum Time,，這一點(diǎn)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(dú)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,。
Spectrum View支持自動搜索峰值,，多支持11個Peak Marker，幅值大的頻點(diǎn)自動標(biāo)記為“Ref. Marker”,，其它Marker的頻點(diǎn)和幅值可以顯示為值,，也可以顯示為相對于“Ref. Marker”的相對值。如果所需要的Marker數(shù)目超過限制,，還可以通過使用頻域的cursor確定頻率和幅值,。
時域、頻域的獨(dú)立并行分析
圖2,、信號采集和分析架構(gòu)示意圖
圖2給出了信號采集和處理架構(gòu)示意圖,，模擬信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，時域和頻域是并行處理的,，從而可以獨(dú)立設(shè)置時域和頻域捕獲時間,。Spectrum View支持滑動Spectrum Time的位置，對不同時段的信號作頻譜測試,，這使得對信號進(jìn)行時頻域聯(lián)動測試成為可能,。
圖3、時域,、頻域和調(diào)制域聯(lián)動分析
圖3給出了一個跳頻信號分析結(jié)果,，同時給出了時域波形、頻譜及跳頻序列的結(jié)果,。圖中紅色標(biāo)記處為Spectrum Time,，即用于FFT分析的時間，其位置是可以移動的,，測試的頻譜就是當(dāng)前位置對應(yīng)的頻譜,。拖動Spectrum Time的位置,，可以分別對不同的頻點(diǎn)進(jìn)行觀測，當(dāng)前觀測的是頻率切換過程中的頻譜變化,。
無論與頻譜儀比較,，還是與示波器傳統(tǒng)的FFT方法相比，Spectrum View都具有自己的特色：
· Spectrum View使得時,、頻域捕獲時間相互獨(dú)立,，當(dāng)設(shè)置較小的RBW時依然可以保證示波器的處理速度；
· Spectrum View具有標(biāo)準(zhǔn)頻譜儀的操作設(shè)置,，更友好的交互界面,，可以直接設(shè)置中心頻率、Span,、RBW及時域窗口的類型,；
· Spectrum View支持豐富的探測方式，且能夠測試極低頻率信號頻譜,，是普通頻譜儀所不能及的；
· 支持多通道時,、頻域聯(lián)合分析,，而且支持觸發(fā)捕獲，使其可以分析瞬態(tài)或者間歇性信號的頻譜,；
· 支持多種時間窗類型,，可以根據(jù)待測信號的特性進(jìn)行選擇，以保證測試結(jié)果的性,；
· 支持峰值自動搜索功能,，可以設(shè)定峰值搜索閾值，可顯示多達(dá)11個Peak Marker,；
· 支持Normal,、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線顯示模式,；
· 當(dāng)顯示多個通道的頻譜時,，既可以“堆棧(Stacked) ”顯示，也可以“重疊(Overlay) ”顯示,；
· 所有通道具有相同的Span,、RBW、FFT Window及Spectrum Time,，但中心頻率可以獨(dú)立設(shè)定,。
查看Spectrum View和FFT功能的對比視頻，您將學(xué)習(xí)使用頻譜視圖和使用傳統(tǒng)示波器FFT的區(qū)別,，頻譜視圖可以做什么,，例如,，了解信號在時域和頻域的相關(guān)性，但使用FFT無法實現(xiàn)的功能,。
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