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，可以在時域或頻域中觀察信號的不同特性：

在時域中，傳統(tǒng)上示波器被用作為觀測幅度隨時間變化的儀器。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，信號是相同的。時域信號是大量離散的正弦波的復(fù)合體，每個正弦波都有自己的幅度和相對相位。頻譜分析儀中顯示的“頻譜”只是簡單地把信號分解成構(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。掃頻式頻譜分析儀通過下變頻所輸入的射頻信號，在分辨率帶寬(RBW)濾波器的通帶范圍內(nèi)掃描，來測量功率隨頻率的變化。RBW濾波器后面有一個檢測器，檢測器計算選定跨度中每個頻率點上的幅度。盡管這種方法可以提供高動態(tài)范圍，但它的缺點是每一次只能計算一個頻率點的幅度數(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間內(nèi)，被測信號在此其間沒有明顯的變化。結(jié)果，測量只對相對穩(wěn)定不變的輸入信號有效。如果信號快速變化，那么在統(tǒng)計概率上說，部分變化極可能會被漏掉。

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

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

讓我們再觀察另外一個實例。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20 MHz的頻譜。默認(rèn)掃描時長為146 ms，我們打開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測量20 MHz頻譜中的信號。

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

MDO4000的時域畫面顯示了標(biāo)為“f”的橙色曲線代表著信號的頻率隨時間的變化。頻率標(biāo)度設(shè)置為2.00 MHz/格。頻率隨時間變化畫面的粗略視圖顯示了這個信號在大約1.4 ms時間周期上似乎在三個不同的頻率之間跳動。每個頻率似乎穩(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)頻譜分析儀每個掃描期間(146 ms的掃描時間)已經(jīng)有100多個這樣的事件集合發(fā)生了。

圖6. 正常曲線現(xiàn)在位于跳頻信號較高頻率上。