ออสซิลโลสโคปพร้อม FFT หรือเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม

มีใครช่วยอธิบายฉันหน่อยได้ไหมว่าแอปพลิเคชั่นใดที่หนึ่งและอื่น ๆ ต้องการ เท่าที่ฉันได้อ่านมันทั้งหมดเกี่ยวกับ 'dB'; มันเป็นเรื่องจริงเหรอ? และทำไม?

ตอนแรกฉันเห็น Digital Storage Oscilloscopes (DSO) พร้อมฟังก์ชั่น FFT และ Spectrum Analyzers (SA) ว่าเป็นสิ่งเดียวกัน ... พวกเขาจะได้รับสัญญาณจากโดเมนเวลาและแปลงเป็นโดเมนความถี่และเราสามารถตรวจสอบทั้งหมด ส่วนประกอบฮาร์โมนิกและความถี่ของสัญญาณและวิเคราะห์ในรูปแบบใหม่ทั้งหมด ....... แต่เนื่องจาก DSO มักจะราคาถูกกว่า SA มากฉันจึงสงสัยว่าฟังก์ชัน SA จะให้อะไรที่ DSO ไม่สามารถทำได้ มันเกี่ยวกับความแม่นยำความเร็วในการคำนวณ (DSO FFT ของฉันช้าจริงๆ) แบนด์วิดท์ (DSO ราคาถูกมักจะสูงถึง 100MHz) หรือขึ้นอยู่กับรุ่นและไม่ใช่ DSO หรือ SA มีอะไรอีกที่ฉันไม่รู้และคุณสามารถบอกฉันได้ไหม

การตอบง่าย ๆ - ออสซิลโลสโคปเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับห้องปฏิบัติการอิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ ในขณะที่ SA ไม่ปกติ (เว้นแต่คุณจะเป็นวิศวกร RF และจากนั้นคุณต้องมีขอบเขตที่ดี) และเพื่อคุณภาพที่ดีกว่า แม้ว่า Rigol เพิ่งนำ SAs ที่ทรงพลังออกมาในราคาประเภทขอบเขตที่เหมาะสม)
ฟังก์ชั่น FFT ของ DSO โดยเฉลี่ยของคุณจะทำงานให้ได้มากที่สุดดังนั้นถ้าช่วงความถี่ที่คุณสนใจนั้นมีค่า> 500MHz หรือมากกว่านั้น (ถ้าเราแจ้งให้ทราบ) จากนั้น DSO เป็นเครื่องมือในการเลือก

โดยพื้นฐานแล้วแอมพลิจูดเทียบกับเวลา (ขอบเขต) และแอมพลิจูดเทียบกับความถี่ (SA)

ตัวอย่างขอบเขต:
สมมติว่าคุณมีสัญญาณดิจิตอลที่ทำงานเป็นระยะ ๆ คุณสามารถตรวจสอบขอบเขตและค้นหา over / undershoot, ringing, noise, gltiches เป็นต้น

(ง่าย) ตัวอย่าง SA: สมมติว่าคุณมีสัญญาณและคุณต้องการตรวจสอบส่วนประกอบฮาร์มอนิกของมันคุณสามารถดูบนหน้าจอ SA และตรวจสอบฮาร์โมนิกส์ (เช่นคลื่นไซน์บริสุทธิ์ควรจะเป็นหนึ่งเข็มบนหน้าจอ มันเป็นความถี่คลื่นสี่เหลี่ยมจะเป็นอนุกรมของฮาร์มอนิกที่ลดลง)

คลื่นสี่เหลี่ยมบนเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม:

สัญญาณเดียวกันบนขอบเขตจะมีลักษณะดังนี้:

ออสซิลโลสโคปพร้อมฟังก์ชั่น FFT ใช้ในการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของรูปคลื่นที่เก็บไว้เพื่อคำนวณเนื้อหาความถี่และความกว้างของสัญญาณ มันจะแสดงบนหน้าจอเป็นกราฟความถี่เทียบกับแอมพลิจูด - เช่นเดียวกับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบอะนาล็อก 'ของจริง' จริง ๆ แล้ววัดความกว้างของแต่ละความถี่ (ขั้นตอน) จากสัญญาณและไม่จำเป็นต้องทำคณิตศาสตร์ใด ๆ บนแอมพลิจูดที่วัดได้นอกเหนือจากที่จำเป็นในการแสดงค่าการวัดที่แม่นยำบนหน้าจอ

เป็นความจริงที่ว่าออสซิลโลสโคปจำนวนมากมีฟังก์ชั่น FFT แต่ถ้าคุณใช้ขอบเขตราคาแพงใหม่ - การแสดงผลที่ได้นั้นค่อนข้างเป็นแนวทางมากกว่าการเทียบกับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมที่แท้จริง

ที่กล่าวมา - เครื่องมือดิจิตอลแบบรวมรุ่นใหม่จะนำเสนอผลการวิเคราะห์สเปกตรัมแบบเดียวกันและการวัดค่าออสซิลโลสโคปที่เครื่องมืองานเดี่ยวจะใช้จริง แต่ไม่ถูก แต่มีประโยชน์ในการที่เนื้อหาความถี่ / อะนาล็อกสามารถซิงโครไนซ์กับรูปคลื่นดิจิตอลออสซิลโลสโคปเพื่อระบุสัญญาณที่ก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับ RF หรือ EMC

โดยทั่วไปแล้วขอบเขตจะเป็นแบบดิจิทัลในขณะนี้หรือ DSO และสามารถซื้อได้ตั้งแต่ $ 50 ถึง $ 5K ขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะประสิทธิภาพแบนด์วิดท์ พวกเขาสามารถเชื่อมต่อกับ USB, IEEE488, PCI และพอร์ตอื่น ๆ อีกมากมาย ข้อเสนอเหล่านี้จัดเก็บข้อมูลสำหรับรูปแบบคลื่นซ้ำและ 1 ช็อตและฟังก์ชั่นคณิตศาสตร์

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมวัดความหนาแน่นของสเปกตรัมและการใช้งาน Digital SA ของ FFT ในการคำนวณสเปกตรัมในขณะที่ RF SA ใช้การสแกนแบบสองหรือสามอย่างเช่นสแกนเครื่องรับสัญญาณทีวี แต่มีแอมป์ที่แม่นยำมากตัวกรองและตัวแปลงบันทึก 100 เดซิเบล พวกเขาจะใช้สำหรับแผ่นดินไหวเสียงเครื่องวิเคราะห์แบริ่งกลในกังหันขนาดใหญ่วิทยุไมโครเวฟสเปกตรัมแสงและอื่น ๆ พวกมันมีประโยชน์สำหรับการทำแปลงโบเด็นแปลงกรองการทดสอบการปล่อยคลื่นวิทยุการทดสอบทางวิทยุการออกแบบเสาอากาศเรดาร์การออกแบบเซลลูล่าร์และการตรวจสอบการทดสอบ

มีแอพพลิเคชั่นหลายพันตัวสำหรับ Spectrum Analyzers นอกเหนือจากสำหรับวิศวกรวิทยุในทุกสาขาอุตสาหกรรมที่วิศวกรจำเป็นต้องวิเคราะห์สเปกตรัมในอุปกรณ์เฉพาะไม่ว่าจะเป็นเชิงกลออปติคัลหรือไฟฟ้า ฉันรู้จักญาติตระกูลหนึ่งที่ใช้เครื่องมือหนึ่งในการวิเคราะห์กังหัน Gigawatt GE ในญี่ปุ่นเพื่อใช้ประสานเสียงซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่แข็งแกร่งของคุณภาพของผลิตภัณฑ์และปัจจัยด้านอายุ

เครื่องวิเคราะห์เครือข่ายมีความแม่นยำมากกว่า SA และมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าติดตามในตัวพร้อมอินพุตคู่เพื่อให้สามารถถ่ายโอนฟังก์ชันการวัดได้ พวกเขามาในช่วงความถี่ที่กว้างและสามารถใช้สำหรับการวัดระยะขอบใน SMPS สำหรับการทดสอบความเสถียรหรือการทดสอบ PLL หรือการแทรกการสูญเสียการส่งคืนการสูญเสียแผนภูมิ SMith ฯลฯ และสามารถแม่นยำ 0.1 0.1 จาก. 1 ถึง 50 GHz หรือ ช่วงย่อยของความสนใจเช่น 0 ~ 1MHz เหล่านี้สามารถเสียค่าใช้จ่าย $ 100K ต่อคน HP และอันริตสึเป็นซัพพลายเออร์สองรายชั้นนำในอเมริกา

แต่สำหรับเสียงธรรมดามีเครื่องมือซอฟต์แวร์ฟรีเพื่อแสดงสัญญาณเสียงและการวิเคราะห์สเปกตรัมโดยใช้ MIC, Line IN หรือเสียงภายใน

เช่นความกล้าเป็นโปรแกรมหนึ่ง ฉันยังมีรุ่น Cool Edit Pro 2 รุ่นเก่าอยู่ รูปคลื่นของ AC-DC (Hell's Bells)

ความแตกต่างคือเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมมีส่วนหน้าเครื่องผสมช่วยให้สามารถเปลี่ยนช่วงความถี่ที่กำลังฟังในขณะที่ออสซิลโลสโคปยังคงอยู่ที่ปลายล่าง

ซึ่งหมายความว่าเป็นไปได้ที่จะเห็นสัญญาณที่ความถี่สูงกว่าและในเวลาเดียวกันสัญญาณที่ถูกกรองออกนอกพื้นที่ที่ถูกมองเพื่อให้คุณสามารถปรับ Prescaler ของ ADC เพื่อความละเอียดที่ดีขึ้น

ในทางกลับกันมิกเซอร์ไม่ชอบ DC เลยดังนั้นในงาน EE ปกติคุณจะไม่สามารถใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแทนออสซิลโลสโคปได้

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมวันที่ปัจจุบัน (SA) ไม่ค่อยมีการปรับแต่งอย่างสมบูรณ์ ส่วนใหญ่ทำ FFT และเชื่อมช่องสัญญาณเข้าด้วยกันเพื่อสร้างช่วงความถี่

นอกจากการวัดค่า SA ที่ทันสมัยเช่นการวิเคราะห์สัญญาณ Vector ไม่ได้เชื่อมช่องสัญญาณ แต่ให้วัดช่องสัญญาณทั้งหมดตามอัตราการสุ่มตัวอย่าง IF แบนด์วิดท์การวิเคราะห์ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ [IF อัตราการสุ่มตัวอย่าง / 1.25] สูงถึง 1 GHz สำหรับ SA- Keysight UXA ระดับสูงสุด

ไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ของขอบเขตกับสเปกตรัม

1. ขอบเขตเป็นแบบดิจิทัลจากเบสแบนด์ถึงช่วงความถี่ที่ต้องการ SA ลดระดับสัญญาณ RF และทำสำเนาดิจิทัลที่ IF
2. ความสามารถในการแปลงเป็นดิจิทัลที่ IF อนุญาตให้ SA มีความละเอียดแนวตั้งที่ดีขึ้น ขอบเขตความละเอียดแนวตั้งเป็นส่วนใหญ่ 8 บิตในขณะที่ SA สูงสุด 14 บิต (นักออกแบบ Digitizer ทำการค้าอัตราการสุ่มตัวอย่างด้วยความละเอียดแนวตั้ง)
3. ขอบเขตมีประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์โดเมนเวลา สเปกตรัมจะดีกว่าสำหรับการวิเคราะห์โดเมนความถี่ SA ที่มีความละเอียดแนวตั้งที่ดีกว่าจะมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในอัตราส่วน S / N ทำให้สามารถเห็นสัญญาณที่ระดับพลังงานต่ำมาก ในขณะที่ขอบเขตที่มีอัตราการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้นจะช่วยให้การแก้ปัญหาเวลาดีขึ้นของการวัดบางประเภทเช่นเวลาที่เพิ่มขึ้น
4. ขอบเขตสามารถมากกว่าหนึ่งพอร์ตในขณะที่ SA เป็นหนึ่งพอร์ต ดังนั้นขอบเขตจึงสามารถทำการเปรียบเทียบโดเมนหลายช่องทางได้เช่นเฟส, เวลาที่เพิ่มขึ้นของชีพจร ... เป็นต้น

ด้านบน: ขอบเขตการวัดพัลส์แบบหลายแชนแนล

มีความแตกต่างที่ถูกต้องสองสามข้อที่กล่าวถึงข้างต้นฉันจะพยายามทำให้เป็นระบบ:

1) แบนด์วิดธ์ (แบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปมักจะกว้างกว่า แต่วงดนตรีที่ทำงานไม่สามารถเลื่อนได้) ตัวอย่างเช่นโหมดออสซิลโลสโคปคือ: 0-1kHz, 0-10kHz, 0-50kHz, 0-250kHz, 0-500kHz, 0-2MHz, 0-20MHz, สัญญาณ 0-100MHz, มีอัตราตัวอย่างสูงสุดที่ 500 MSamp / วินาที เมื่อมองที่ FFT เขาจะเห็นเฉพาะช่วง 0-100 MHz เหล่านี้ เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมอาจมีแบนด์วิดท์ที่แคบลง แต่สามารถหมุนข้ามมาตราส่วนความถี่ได้ตัวอย่างเช่นแบนด์วิดท์ 40 MHz ความถี่สุ่ม 200 MSamp / วินาทีและความถี่ทำงาน: 0-6.3 GHz โหมดวิเคราะห์สเปกตรัมของ Ie ได้แก่ : 0-40MHz, 10-50MHz, 20-60MHz, 30-70MHz .... 6260..6300MHz ดังนั้นเราจะเห็นได้ว่า SA มีตัวกรองแบนด์ที่ปรับได้แทนการต่อต้านนามแฝง LPF ในสโคป

2) ช่วงไดนามิก ADC ของตัววิเคราะห์สเปกตรัมมีความละเอียดที่ดีกว่ามาก

3) เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมมีเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำออสซิลโลสโคปไม่มี แอมพลิฟายเออร์เสียงรบกวนต่ำเป็นแอมพลิฟายเออร์ความถี่วิทยุแบบพิเศษซึ่งทำงานในช่วงความถี่ขนาดใหญ่เพิ่มสัญญาณรบกวนที่ต่ำมาก

4) Oscilloscope และวิเคราะห์สเปกตรัมมีวิธีการตั้งค่าทริกเกอร์ที่แตกต่างกัน ออสซิลโลสโคปมุ่งเน้นไปที่รูปร่างของสัญญาณในโดเมนเวลา SA มุ่งเน้นไปที่การจับภาพรูปร่างบางอย่างในโดเมนความถี่

5) ออสซิลโลสโคปไม่สามารถ demodulate สัญญาณตัววิเคราะห์สเปกตรัมมักจะสามารถ (เพราะมันเป็นตัวรับสัญญาณ SDR)

การสรุป: ออสซิลโลสโคปเป็นมิลลิโวลต์มิเตอร์วงกว้างเป็นพิเศษ ตัววิเคราะห์สเปกตรัมเป็นตัวรับสัญญาณที่ค่อนข้างแคบซึ่งมีเป้าหมายหลักในการแปลงคลื่นวิทยุเป็นสัญญาณเบสแบนด์ (ส่วนประกอบ I และ Q) ด้วยค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ในการสูญเสียและเสียงรบกวน

แอปพลิเคชั่นอื่นสำหรับตัววิเคราะห์สเปกตรัมคือที่ที่คุณต้องการตามล่าหาแหล่งรบกวน อุปกรณ์พกพารุ่นล่าสุดทำให้ง่ายขึ้นมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่นนอกเหนือจากการวัดสเปกโตรแกรมและเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมมาตรฐานเครื่องมือเหล่านี้สามารถทำการวัดเฉพาะสัญญาณรบกวนเช่นสัญญาณพาหะ / เสียงรบกวน (C / N) และสัญญาณพาหะ / สัญญาณรบกวน (C / I) การคำนวณทางคณิตศาสตร์ (โหมด diff) สามารถช่วยคุณค้นหาตรวจสอบและกำหนดลักษณะสัญญาณรบกวน คุณสมบัติอื่นคือความสามารถในการบันทึกคลื่นความถี่ในเวลาที่กำหนด สิ่งนี้ช่วยให้คุณค้นหาความผิดพลาดเป็นระยะ ๆ และความแปรผันของความถี่เมื่อเวลาผ่านไป คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม โดยส่วนตัวแล้วฉันจะไปทั้งคู่: ขอบเขต + SA มันทำให้ม้านั่งของคุณมีประโยชน์มากขึ้นในระยะยาว