MDO4000混合域示波器結(jié)構(gòu)解密（上）

頻譜分析基礎(chǔ)

如圖1所示，可以在時(shí)域或頻域中觀察信號(hào)的不同特性：

在時(shí)域中，傳統(tǒng)上示波器被用作為觀測(cè)幅度隨時(shí)間變化的儀器。在頻域中，傳統(tǒng)上頻譜分析儀被用作為觀測(cè)幅度隨頻率變化的儀器。我們可以看出，在這兩種情況下，信號(hào)是相同的。時(shí)域信號(hào)是大量離散的正弦波的復(fù)合體，每個(gè)正弦波都有自己的幅度和相對(duì)相位。頻譜分析儀中顯示的“頻譜”只是簡(jiǎn)單地把信號(hào)分解成構(gòu)成的頻率成分。

傳統(tǒng)掃頻分析儀

圖2是傳統(tǒng)掃頻分析儀簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)方框圖：

掃頻超外差頻譜分析儀是幾十年前第一次使得工程師能夠進(jìn)行頻域測(cè)量的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。頻譜分析儀最初是使用純模擬器件構(gòu)建的，之后與所應(yīng)對(duì)的應(yīng)用一起不斷演變。當(dāng)前一代頻譜分析儀包括各種數(shù)字元器件，如ADC、DSP和微處理器。但是，基本掃頻方法仍大體相同，最適合觀察受控的靜態(tài)信號(hào)。掃頻式頻譜分析儀通過(guò)下變頻所輸入的射頻信號(hào)，在分辨率帶寬(RBW)濾波器的通帶范圍內(nèi)掃描，來(lái)測(cè)量功率隨頻率的變化。RBW濾波器后面有一個(gè)檢測(cè)器，檢測(cè)器計(jì)算選定跨度中每個(gè)頻率點(diǎn)上的幅度。盡管這種方法可以提供高動(dòng)態(tài)范圍，但它的缺點(diǎn)是每一次只能計(jì)算一個(gè)頻率點(diǎn)的幅度數(shù)據(jù)。這種方法基于的假設(shè)是，分析儀在完成至少一次掃描的時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)在此其間沒(méi)有明顯的變化。結(jié)果，測(cè)量只對(duì)相對(duì)穩(wěn)定不變的輸入信號(hào)有效。如果信號(hào)快速變化，那么在統(tǒng)計(jì)概率上說(shuō)，部分變化極可能會(huì)被漏掉。

傳統(tǒng)掃頻分析儀在觀察隨時(shí)間變化的RF射頻信號(hào)方面是一種有缺欠的工具。如果分析儀在掃描通過(guò)該頻帶后，某突發(fā)信號(hào)才出現(xiàn)在已掃描過(guò)的頻帶內(nèi)，那么這個(gè)突發(fā)信號(hào)將不能被捕獲。看一下圖3：

圖3. 由于掃頻結(jié)構(gòu)限制了分析過(guò)程中關(guān)心的頻率，傳統(tǒng)頻譜分析儀可能會(huì)漏掉一些隨時(shí)間變化的突變信號(hào)。Fb處關(guān)心的信號(hào)以間歇方式廣播。在分析儀從Fa掃描到Fb時(shí)，如果在分析儀掃描通過(guò)Fb時(shí)信號(hào)恰好沒(méi)有廣播，那么信號(hào)就可能被漏掉。

讓我們?cè)儆^察另外一個(gè)實(shí)例。圖4顯示了傳統(tǒng)頻譜分析儀設(shè)置成以20 kHz RBW掃描通過(guò)20 MHz的頻譜。默認(rèn)掃描時(shí)長(zhǎng)為146 ms，我們打開(kāi)Max Hold曲線(藍(lán)色曲線)和Normal曲線(黃色曲線)，觀察頻譜響應(yīng)。

圖4：傳統(tǒng)頻譜分析儀以20 kHz RBW測(cè)量20 MHz頻譜中的信號(hào)。

圖5是使用MDO4000混合域示波器的時(shí)域和頻域畫面觀察相同的信號(hào)。在顯示Max Hold曲線和Normal曲線時(shí)，信號(hào)Normal曲線顯示的信號(hào)看上去要干凈得多。Normal曲線顯示了隨時(shí)間變化的信號(hào)非常簡(jiǎn)短的部分的FFT。在20 kHz RBW下，頻譜時(shí)間不到115 us。

MDO4000的時(shí)域畫面顯示了標(biāo)為“f”的橙色曲線代表著信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化。頻率標(biāo)度設(shè)置為2.00 MHz/格。頻率隨時(shí)間變化畫面的粗略視圖顯示了這個(gè)信號(hào)在大約1.4 ms時(shí)間周期上似乎在三個(gè)不同的頻率之間跳動(dòng)。每個(gè)頻率似乎穩(wěn)定了大約400 us，而頻率之間的跳變用了大約100 us。這些事件要比傳統(tǒng)掃頻分析儀的掃描時(shí)間快得多。根據(jù)圖4中選擇的設(shè)置，傳統(tǒng)頻譜分析儀每個(gè)掃描期間(146 ms的掃描時(shí)間)已經(jīng)有100多個(gè)這樣的事件集合發(fā)生了。

圖6. 正常曲線現(xiàn)在位于跳頻信號(hào)較高頻率上。