“精彩十分鐘”系列之二：FFT 分析

圖4: 輸出結(jié)果類型的選擇

幅度：FFT分解后的正弦信號(hào)上每一個(gè)頻率點(diǎn)的峰值，幅度大小是線性的（電壓），進(jìn)行頻譜加和減的數(shù)學(xué)操作中是非常方便的。

幅度的平方：這種方法對(duì)于將頻譜作為頻率的函數(shù)的積分很有用。

功率頻譜 (默認(rèn)輸出格式)：相對(duì)于頻率函數(shù)的功率。 用對(duì)數(shù)函數(shù)表示，單位為1mW（dBm）。這是一種非常好的觀察方式，提供了寬動(dòng)態(tài)范圍以便于觀察頻譜的細(xì)節(jié)。

功率譜密度：每一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的功率值（功率譜除以FFT的等效噪聲帶寬），垂直刻度也是用dBm的對(duì)數(shù)單位，適用于觀察頻譜幅值的測(cè)量值，由于帶寬是已經(jīng)定義的，所以，不會(huì)改變FFT的分辨率帶寬。

相位： 相位TAN-1 (虛/實(shí)) 代表FFT的每一個(gè)頻率的相位。

輪流 使用所有的類型，我們可以從F1通道的注釋框的報(bào)告中了解到不同類型對(duì)垂直大小和單位的影響，然后將輸出選擇為功率譜。

算法選擇

在圖5中提供了2種可選算法。默認(rèn)算法為 Power2，這種算法提供了FFT的快速運(yùn)算。示波器的時(shí)基通常為1,2,或者5的倍數(shù)，使用Power2只會(huì)得到所有捕獲數(shù)據(jù)一半進(jìn)行運(yùn)算，而Least Prime算法可以在運(yùn)算稍微慢些，但是它是對(duì)成所有捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。

圖5: FFT 算法選擇

在圖6中，我們可以在F1數(shù)學(xué)標(biāo)簽的右下方對(duì)話框中得到FFT狀態(tài)的總結(jié)，上面會(huì)對(duì)FFT的轉(zhuǎn)換大小和分辨率帶寬進(jìn)行描述。

圖 6: Power2算法

選擇Power2算法，當(dāng)轉(zhuǎn)換大小得到50,000個(gè)點(diǎn)時(shí)，此算法僅僅只能使用32768個(gè)點(diǎn)（2的冪小于50,000）

分辨率帶寬(Df),頻譜中頻率步進(jìn)的大小為8Hz，在分辨率帶寬下方是FFT范圍，Df從8Hz到125kHz。

選擇Least Prime算法，查看FFT狀態(tài)欄，如圖7所示。注意，現(xiàn)在使用了全部的50,000點(diǎn)，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)長(zhǎng)的記錄長(zhǎng)度，所以，分辨率帶寬(Df)已經(jīng)減少到5Hz.

圖7: Least Prime算法的FFT狀態(tài)欄

如何決定FFT頻率分辨率和頻譜范圍

正如我們?cè)谇懊媪私獾?，F(xiàn)FT的頻率分辨率與捕獲數(shù)量和記錄的長(zhǎng)度有關(guān)，頻率分辨率是示波器捕獲時(shí)間的倒數(shù)。在圖7的例子中捕獲到了200ms的數(shù)據(jù)(20ms/格，10格)，頻率分辨率就是1/200ms或者5Hz。

FFT頻譜的范圍是示波器采樣率的一半。在上面設(shè)置中采樣率是250kS/s，所以范圍是125 kHz。

打開時(shí)基對(duì)話框，將Time/Division設(shè)置從20 ms/division增加 到50 ms/ division，采樣率將減少到 100kS/s，返回到F1設(shè)置的FFT標(biāo)簽。頻譜跨度現(xiàn)在是50kHz;為采樣率的一半。因?yàn)椴东@時(shí)間減少到500ms，所以，頻率分辨率從5HZ減少到2HZ(1/500 ms = 2 Hz)。

還原Time/division設(shè)置到20ms，關(guān)閉通道1顯示，將FFT的算法重新選擇到Power 2。

使用放大功能設(shè)置中心頻率和水平刻度

我們之前談?wù)撨^(guò)的FFT頻譜范圍是采樣率的一半，你可以使用數(shù)學(xué)通道中的放大功能選擇一個(gè)中心頻率和水平刻度來(lái)觀察FFT。

點(diǎn)擊F1對(duì)話框中的放大標(biāo)簽，我們可以觀察1kHz的頻譜線。

點(diǎn)擊水平放大區(qū)域的中心頻率欄兩次，會(huì)彈出一個(gè)小鍵盤，輸入中心頻率1 kHz然后點(diǎn)擊OK。

點(diǎn)擊Scale/Div欄兩次，會(huì)再次彈出小鍵盤，輸入值200 (Hz)然后點(diǎn)擊OK。FFT顯示為水平大小為200HZ每格，中心頻率為1KHZ。

在垂直放大區(qū)域檢查增益工具欄，允許我們?cè)O(shè)置1-2-5步進(jìn)外的其它大小。點(diǎn)擊Ver/div工具欄, 輸入值12，設(shè)置垂直大小為12dB/div，點(diǎn)擊垂直中心工具欄，它會(huì)高亮顯示。使用WavePilot SuperKnob (或者前面板的垂直偏置按鈕)改變FFT垂直顯示，直到頻譜的峰值剛好顯示在屏幕內(nèi)，如圖8所示；

圖 8: 使用F1函數(shù)對(duì)話框中的放大標(biāo)簽設(shè)置FFT顯示的中心頻率和頻譜范圍

我們可以使用函數(shù)放大控制去進(jìn)行垂直和水平方向的中心值及大小的設(shè)置，使用這種技巧有可能在屏幕中顯示FFT頻譜的任何部分。