示波器FFT功能之電源噪聲分析

        一提到電源噪聲，相信就會引起很多電子工程師的共鳴。我們平時所說的電源噪聲到底是什么呢?它等同于電源紋波嗎?事實上，電源噪聲不同于電源紋波，它是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分。而紋波是出現(xiàn)輸出端子間的一種與輸入頻率、開關(guān)頻率同步的成分，是疊加在穩(wěn)定直流信號上的交流干擾信號。

　　在電源噪聲的分析過程中，比較經(jīng)典的方法是使用示波器觀察電源噪聲波形并測量其幅值，據(jù)此判斷電源噪聲的來源。但是隨著數(shù)字器件的電壓逐步降低、電流逐步升高，電源設(shè)計難度增大，在觀察時域波形無法定位故障時，可以通過 FFT(快速傅立葉變換)方法進行時頻轉(zhuǎn)換，將時域電源噪聲波形轉(zhuǎn)換到頻域進行分析。電路調(diào)試時，從時域和頻域兩個角度分別來查看信號特征，可以有效地加速調(diào)試進程。

　　示波器的頻域分析功能是通過傅立葉變換實現(xiàn)的，傅立葉變換的實質(zhì)是任何時域的序列都可以表示為不同頻率的正弦波信號的無限疊加。我們分析這些正弦波的頻率、幅值和相位信息，就是將時域信號切換到頻域的分析方法。數(shù)字示波器采樣到的序列是離散序列，所以我們在分析中最常用的是快速傅立葉變換(FFT)。 FFT算法是對離散傅立葉變換(DFT)算法優(yōu)化而來，運算量減少了幾個數(shù)量級，并且需要運算的點數(shù)越多，運算量節(jié)約越大。

　　示波器捕獲的噪聲波形進行FFT變換，有幾個關(guān)鍵點需要注意：

　　1、根據(jù)耐奎斯特抽樣定律，變換之后的頻譜展寬(Span)對應(yīng)與原始信號的采樣率的1/2，如果原始信號的采樣率為1GS/s，則FFT之后的頻譜展寬最多是500MHz;

　　2、變換之后的頻率分辨率(RBW Resolution Bandwidth)對應(yīng)于采樣時間的倒數(shù)，如果采樣時間為10mS，則對應(yīng)的頻率分辨率為100Hz;

　　3、頻譜泄漏，即信號頻譜中各譜線之間相互干擾，能量較低的譜線容易被臨近的高能量譜線的泄漏所淹沒。避免頻譜泄漏可以盡量采集速率與信號頻率同步，延長采集信號時間及使用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)。

　　電源噪聲測量時要求采集的信號時間可以足夠長，可以認(rèn)為覆蓋到了整個有效信號的時間跨度。ZDS2000系列示波器最高標(biāo)配250Mpts存儲深度，在捕獲長時間的波形同時能夠保持高采樣率，同時，市面上多數(shù)2000系列示波器最大只支持8K樣本點的FFT分析，在1G采樣率的情況下，頻率分辨率僅有125KHz，多數(shù)情況都無法準(zhǔn)確判斷信號頻譜分布。ZDS2000系列示波器拒絕單純的功能堆砌，內(nèi)部采用了專業(yè)的處理芯片，突破技術(shù)壁壘，將FFT分析點數(shù)升級至4M樣本點，同樣在1G采樣率的情況下頻率分辨率能精確到250Hz，可以準(zhǔn)確分析出電路中的干擾噪聲來源，大大提高了示波器FFT的實用價值。