使用示波器的FFT對信號進行頻域分析之四-示波器的設置

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

在示波器中手動做FFT

圖1左上角是50 kHz正弦波的時域波形，水平時基設置為100μs/格，整個采集窗口是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5GHz。

圖1 左邊是50 kHz正弦波，右邊是信號的FFT

使用Math下拉菜單打開FFT數學函數，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。

在設置FFT函數時，仍然關注有關FFT的兩個假設，首先，設置數據截斷很重要，另一方面，選擇窗函數（圖2），對于前者，我們測量了1000萬個數據點，并使用從2到N次冪的方法將其轉換為8,383,000個數據點。對于后者，窗函數被設置為vonHann函數。

圖2設置數據截斷和窗函數

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，中心頻率設置為500 kHz，請注意，我們仍然以10 GS / s的速率對輸入信號進行采樣，分辨率為100μs。

圖3在50kHz處顯示出一個尖峰，此后每50kHz間隔中有一個幅度變化的次諧波陣列，在時域中看起來很干凈的正弦波，事實上是失真很大，這個信號來自一個低價的函數發(fā)生器，就像生活中的其他一切一樣，高性價比是不存在。

頻譜分析軟件自動執(zhí)行FFT

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

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應用程序，在圖5中，對于采集到的正弦波，頻寬范圍設置為0到1MHz，在這種自動模式下，需要注意的是，設置的最高頻率會對儀器的采樣率產生影響，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經驗法則，因此，對于1MHz的頻譜，示波器已自動設置為5MS / s的采樣率，如果更改為5MHz量程，會看到采樣率設置為25MS / s。

同樣，分辨率帶寬將影響水平時基，在圖5中，分辨率帶寬設置為200 Hz，使用1/200 Hz，我們確定采集窗口時間至少需要5ms，考慮到FFT操作其他要求，示波器會自動將該周期設置為20 ms。如果想要更低的分辨率帶寬，例如1 kHz，儀器將通過將水平時基縮小到5 ms來響應。

因此，在使用頻譜分析軟件的自動模式中，通過設置分析本身的參數來控制采集的關鍵參數，但在使用FFTMath功能的手動模式下，用戶必須自己調整采樣率和時基。

頻譜分析軟件自動模式的另一個重要特性是能夠識別信號中的頻率峰值，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，這將導致相應的水平時基增大。這不會改變采樣率，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據。

在頻譜分析設置對話框的峰值/標記選項卡中，打開峰值功能非常簡單，它將自動指示信號中的頻率峰值，我們還可以打開注釋，向我們顯示各個峰對應的頻率。

使用力科示波器中的頻譜分析軟件選項執(zhí)行FFT的“自動模式”，使該過程非常智能化，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，調整分辨率帶寬控制水平時基，因此，我們不必像在手動模式中那樣考慮這些參數。