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示波器上的FFT怎么样能做成***

作者:广东泰测电子有限公司 浏览: 发表时间:2022-03-12 10:54:03

1.示波器不只是看波形看参数

我们总是想更多地处理采集的数据,更准确地理解示波器。它更像一个波形分析仪。正是由于工程师的不满,我们才有动力不断追求推动极限,因为我们经常低估我们的潜力。极限在哪里?谁首先在数字示波器中使用FFT(快速傅里叶转换)有很多说法。

似乎突然间,每个人都在示波器上发现了FFT功能,它们都是标准配置。虽然他们都有这个功能,但结果非常不同,速度和指标也不同。任何事情的开始都是一样的。他们首先追求它,然后谈论差异化。此外,示波器本身是一种定性工具。除了我们可爱的研发工程师,谁关心示波器在频域的指标精度?

情况正在发生变化。很多时候,用户希望通过仪器解决所有问题,因为说实话,许多工程师没有条件在桌子上放置电位计、频谱仪、示波器和矢网。在大多数情况下,示波器将收集到的时域数据样本转换为频域样本,然后通过数据重组显示频域样本。

fft的能力取决于存储器大小、软件运算速度、动态有效位ENOB和底噪。因为这些指标直接决定了fft后的刷新速度、动态范围、灵敏度和分辨率带宽RBW。


2.示波器fft能解决哪些问题

受手头工具的限制(所有工程师都梦想桌桌子上放置***的示波器和频谱仪),很多时候工程师在调试电路时需要定性观察,fft已经成为观看频谱的好工具。

说实话,许多制造商的fft功能并不令人满意。原因只有两个。一是他们没有能力做好工作。做好频谱分析仍然需要许多DSP专家和射频技术实力;另一个是他们可以做得很好,但主观上,他们不想让fft做得太好。我怎么卖频谱仪?这里有机会成本问题。

然而,fft仍然可以解决一些问题,如查看谱性范围、谐波成分、谐波比例、粗略查看频谱干扰等,但它们往往会带来一些尴尬的问题。例如,当采样芯片由多个芯片组成时,它们会暴露重叠的光谱线,处理速度会让人崩溃,底噪有点太离谱,抖动重量的比例有点混乱。当然,为了避免这些问题,我们会想出一些好的方法,比如限制fft分析样本,以免在长期存储fft时崩溃,比如平均波形降低一些底噪声等等。


03示波器的fft是鸡肋吗?

不得不说,有时候真的是鸡肋,处理速度太慢,稍微大一点的样本和死机差不多。RBW太离谱了,谐波抑制比很差,噪音经常淹没谐波,动态范围也很差。但事实上,在我们的许多场合,如果FFT功能足够好,那就不是鸡肋,而是鸡腿。例如,测试滤波器和系统的脉冲响应(特性曲线),区分和定位噪声干扰源,确定无序实辐射、抖动分析、谐波功率分析和EMI分析。这样,FFT就很有用了。

首先要提高频谱分析的速度,实时刷新,所以你不再忍受示波器fft变化类似于崩溃,然后我们把RBW达到1Hz,这个水平几乎只有频谱仪,我们的界面设计和频谱仪操作触摸,中心频率、频谱范围、起始频谱、截止频率、RBW设置、窗口函数设置,几乎所有的频谱设置。


4.我们如何实现示波器上的频谱分析功能

以下是如何将fft功能从四个方面论证到***:

1.专用数字下变频器DDC

传统的做法是,示波器收集信号样本,然后通过软件算法进行软件操作,速度非常慢,我们通过特殊的硬件加速集成电路(ASIC),FFT功能到硬件电路,速度快到几乎不影响原始波形的刷新率。当然,ASI需要花很多钱来开发它。核心比较采用了特殊的DDC电路。
让我们来看看传统示波器是如何fft的。

我们的示波器fft原理。

从上图的比较可以看出,在窗口函数之前,将进行DDC处理。通过用户设置中心频率和初始和截止频率,处理结果只处理关心的频段或设置的频段。传统的方法必须在所有频段范围内进行fft操作,然后选择一个频率来显示,数据量非常大。

另一方面,我们的原则是只处理您感兴趣的频段或您选择的初始频率和截止频率范围。当然,极限情况也是选择全频段处理,因此有机会减少数量,并将处理能力集中在DDC之后的范围内。以下两张图片更清楚地告诉我们传统方法和我们方法之间的区别。


这种方法好处:

A)更快的速度,变频到基带处理会带来更高的更新速度和更快的处理速度,节省处理时间。

b)更好的分辨率带宽,因为会使用更好的放大因素。

2.使用硬件加速器


在传统方案中,软件处理一直用于实现,如统计直方图功能、模板测试功能和fft功能。在RS示波器中,所有使用硬件专用电路来实现并解放处理器。因此,直方图功能、模板测试功能或资源消耗异常的fft功能仍然保持着较高的刷新率,通常超过60000次/s,超过了市场上所有不做任何操作的示波器的刷新率。这可以确保在进行复杂的波形分析时,刷新率仍然很高,高刷新率确保了实时频谱的快速显示率。


3.交叠fft的算法应用

传统的示波器fft操作方法,采集一段,处理一段,然后采集,然后处理。

因此,连续间歇收集、连续处理,但偶发信号的频谱也很容易丢失,找不到。

RS示波器处理采集样本,将一次采集的信号分成许多小段,以便在采集中看到频谱内容的变化。

然而,光分片段处理不能避免丢失,因为在FFT操作之前,已经处理了窗口函数,在相邻两帧的位置不可避免地会丢失频谱信息。因此,我们采用了另一种更创新的方法,采用了FFT重叠算法,大大提高了窗口函数的影响和异常频谱的丢失。

借助模拟余辉的显示,实时频谱显示更加可靠可靠。


好处总结:

A)有利于监测异常信号。

b)显示短期罕见事件。

c)提高频谱刷新率(因为在一帧FFT完成之前,新一帧FFT已经开始)

d)在fft帧中可以区分多个频谱事件。

4.控制界面和控制方法与传统频谱仪相似

之前的示波器控制方法无非是通过调整采集时间的长度来影响分辨率带宽,然后选择感兴趣的频段进行观察。

现在的做法是先选择中心频率,或者选择起止频率,直接调整RBW调整频谱观察方法,让习惯频谱仪的用户习惯示波器。

还有一个表格可以帮助理解在什么情况下使用什么窗口函数。


5.借助模板实现频域触发设置

许多习惯于使用示波器的人喜欢示波器的触发功能,以各种触发方式隔离各种事件,稳定显示,观察异常。传统的频谱仪很难触发,但当我们发现模板触发模式时,很容易将时域波形的实时频谱转换为频域进行观察。在MASK测试的帮助下,它实际上很容易设置和触发。

由于模板的形状自由编辑和触发动作的自由组合,这种波形分析完全跨越了时域和频域的使用习惯,完全融合了时域和频域对信号的思维方式。


触发红色模板区域的实例。

五、示波器上的频谱分析发展趋势。


示波器的分析速度越来越快,算法越来越科学,存储深度越来越大。FFT功能不再像以前那样可有可无。频谱分析能力取决于FFT能力、动态范围和噪声大小。

对示波器原理的频谱分析需要增加动态范围,无非是在FFT之前做一些时域平均,降低噪声,或者增加存储深度,增加RBW,降低异步噪声,达到提高动态范围的目的。


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