傳統(tǒng)的示波器FFT

大多數(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠計(jì)算和顯示采集的時(shí)域信號(hào)的快速傅立葉變換或FFT，將輸入的模擬信號(hào)(可以是射頻頻率范圍的，只要示波器的帶寬足夠高。目前市面上最高帶寬的示波器是泰克的DPO/DSA73304，帶寬高達(dá)33GHz，幾乎可以捕捉任何信號(hào)，A/D采集后可以進(jìn)行FFT，將時(shí)域轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域。配合泰克的SignalVu軟件包，更可以在調(diào)制域中測(cè)量多達(dá)27個(gè)矢量與標(biāo)量測(cè)量)。從表面上看，這似乎為許多用戶提供了充足的頻域分析功能。普通示波器即使有FFT功能，在進(jìn)行頻域測(cè)量中仍是次優(yōu)方案。這是什么原因呢？

圖11、是傳統(tǒng)示波器簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)方框圖 

首先，從上述有關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器的信噪比與比特位數(shù)關(guān)系中得知，一般示波器的A/D轉(zhuǎn)換器只有8比特，意味最大能夠?qū)崿F(xiàn)的SNR(信噪比)不會(huì)超過50dB。對(duì)比一般入門級(jí)的頻譜分析儀，示波器的動(dòng)態(tài)范圍都相對(duì)比較差，起碼要少10dB的范圍(見表2)。

	普通示波器	普通頻譜分析儀	MDO4000
輸入頻率范圍	DC-3.5GHz	100kHz-3GHz	50kHz-3GHz
輸入相關(guān)雜散信號(hào)	-45dBc標(biāo)稱值	-60dBc標(biāo)稱值，有時(shí)為-40dBc	-60dBc標(biāo)稱值，有時(shí)為-50dBc
殘余雜散信號(hào)	-70dBm	-90dBm，有時(shí)為-70dBm	-90dBm，有時(shí)為-80dBm
顯示的平均噪聲(DANL)	無(wú)	-125dBm/Hz(10MHz-50MHz)	-152dBm/Hz典型值(5MHz-3GHz)
		-123dBm/Hz+3.79x(頻率在幾GHz-1GHz)(50MHz-2.7GHz)

 表2、典型的SFDR無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)

其次，傳統(tǒng)示波器都是用來(lái)觀察時(shí)域的信號(hào)的，它的使用界面與功能都是圍繞時(shí)域的概念來(lái)設(shè)計(jì)的，因此，用戶無(wú)法直觀的調(diào)節(jié)例如：中心頻率，跨度，RBW分辨率帶寬等參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)頻譜，他必須要使用時(shí)域的觀念，即調(diào)節(jié)采樣率、記錄長(zhǎng)度等來(lái)控制他所要觀看的FFT頻譜的中心頻率，跨度，RBW分辨率帶寬等。比方說，對(duì)于輸入100MHz的方波進(jìn)行FFT，使用500MS/s的采樣率以及1MB的記錄長(zhǎng)度，得出來(lái)的FFT頻譜的中心頻率，跨度，RBW分辨率帶寬究竟是多少呢？我們可想而知，沒有經(jīng)過計(jì)算，用戶很難直觀地知道兩者之間的關(guān)系。計(jì)算經(jīng)過計(jì)算，獲得確切的所需設(shè)置通常也是不可能的。此外，F(xiàn)FT通常在與時(shí)域曲線相同的窗口中顯示，因此很容易導(dǎo)致客戶對(duì)這些畫面與時(shí)域的波形發(fā)生混淆。因此，從使用的便利性來(lái)說，示波器FFT從根本上就不是為了觀看射頻頻域信號(hào)而優(yōu)化的，對(duì)比使用頻譜分析儀來(lái)觀看與測(cè)量射頻與頻域信號(hào)，頻譜分析儀要直觀得多。

MDO4000混合域示波器

大多數(shù)頻譜分析儀能夠以“零跨度”畫面的形式顯示時(shí)域數(shù)據(jù)。從表面上看，這似乎為許多用戶提供了充分的時(shí)域分析功能。但實(shí)際上，普通頻譜分析儀（即使有零跨度功能）對(duì)進(jìn)行時(shí)域測(cè)量來(lái)說也是次優(yōu)方案。與普通頻譜分析儀相比，MDO混合域示波器擁有多個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：

●多條輸入通道，包括模擬、數(shù)字、總線等，提供系統(tǒng)級(jí)洞察力
●一條專用RF輸入通道，多個(gè)并發(fā)的時(shí)間相關(guān)的頻域和時(shí)域視圖，提供系統(tǒng)重要信息
●能夠觀察RF信號(hào)隨時(shí)間的變化，而沒有傳統(tǒng)頻譜分析儀的結(jié)構(gòu)限制
●基于時(shí)間的寬頻譜捕獲帶寬采集結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)便地分析隨時(shí)間變化、快速發(fā)生的RF信號(hào)

第一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)源于多條輸入通道。MDO4000混合域示波器利用MSO專用示波器和數(shù)字通道，得到一個(gè)能夠超越普通頻譜分析儀單通道功能的信號(hào)測(cè)量產(chǎn)品。

現(xiàn)代RF射頻信號(hào)由復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)來(lái)生成、接收和管理。串行和并行數(shù)據(jù)總線用于不同組件之間的通信。可以由微處理器來(lái)管理電源。RF射頻系統(tǒng)本身可以是更大的電子器件的一部分，預(yù)計(jì)提供與RF射頻系統(tǒng)相關(guān)的進(jìn)一步功能。

現(xiàn)今的趨勢(shì)是RF射頻信號(hào)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中被“孤立”的可能性變得很小，這些無(wú)線器件都與其它的ADC，DSP，MEMORY等芯片高度地被集成在同一個(gè)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)。由于傳統(tǒng)頻譜分析儀只有一條輸入通道，專門用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的RF射頻測(cè)量，因此它不能采集嵌入式設(shè)計(jì)(RF，模擬，數(shù)字，總線)的整套信號(hào)以及它們之間的交互如何。

MDO4000系列混合域示波器提供了一套完整的輸入通道：

●4條模擬時(shí)域通道，500MHz或1GHz帶寬，擁有串行總線解碼和觸發(fā)功能
●16條數(shù)字時(shí)域通道，高達(dá)60.6ps定時(shí)分辨率，擁有串行總線解碼和觸發(fā)功能
●1條RF頻域通道，擁有3GHz或6GHz輸入頻率范圍

圖12、傳統(tǒng)示波器簡(jiǎn)化的采集系統(tǒng)。

圖13、MDO4000混合域示波器簡(jiǎn)化的采集系統(tǒng)，RF射頻通道是專用獨(dú)立的。
 
 

圖14、中紅圈部分是專用的RF通道，與示波器的通道是互相獨(dú)立的。

更重要的是，這些輸入通道在時(shí)間上都是相關(guān)的。

比方說，混合域示波器可以顯示與測(cè)量從發(fā)送給RF發(fā)射機(jī)的串行數(shù)據(jù)命到達(dá)的時(shí)刻，到RF突發(fā)脈沖被發(fā)射時(shí)刻之間的定時(shí)關(guān)系，從而了解電子系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)信號(hào)之間的交互關(guān)系，這樣對(duì)透視、診斷和調(diào)試設(shè)備的行為至關(guān)重要。

由于能夠同時(shí)觀察隨時(shí)間變化的信號(hào)的時(shí)域和頻域狀況，因此對(duì)了解信號(hào)行為的真正特點(diǎn)現(xiàn)在要容易得多了。一些簡(jiǎn)單的射頻事件，如跳頻信號(hào)，使用傳統(tǒng)的頻譜分析儀很難得到概括的了解。現(xiàn)在有了MDO4000混合域示波器就可以同時(shí)觀察與測(cè)量驅(qū)動(dòng)跳頻的控制信號(hào)（模擬），控制命令在總線上所傳輸?shù)拇a型（數(shù)字）以及跳頻射頻信號(hào)的頻譜，和它們?cè)跁r(shí)間上的定時(shí)關(guān)系。

圖15、簡(jiǎn)化的MDO4000混合域示波器RF通道結(jié)構(gòu)的方框圖