使用示波器的FFT对信号进行频域分析之四-示波器的设置​

使用示波器的FFT对信号进行频域分析之四-示波器的设置

现在的示波器可以提供两种方式来执行快速傅里叶变换（FFT），一种是手动方式，一种是基于频谱分析软件的自动方式，下面我们分别介绍这两种方式的具体过程。

在示波器中手动做FFT

图1左上角是50 kHz正弦波的时域波形，水平时基设置为100μs/格，整个采集窗口是1 ms，如果采用1 /采集窗口，那么频率分辨率为1kHz，右下角的时基描述符告诉我们采样率为10GS / s，这意味着频域中的频率范围可达5GHz。

图1 左边是50 kHz正弦波，右边是信号的FFT

使用Math下拉菜单打开FFT数学函数，图1右上角是正弦波的频域图，正如我们所料，我们看到低频处50kHz处的峰值和最高5GHz的频率范围。

在设置FFT函数时，仍然关注有关FFT的两个假设，首先，设置数据截断很重要，另一方面，选择窗函数（图2），对于前者，我们测量了1000万个数据点，并使用从2到N次幂的方法将其转换为8,383,000个数据点。对于后者，窗函数被设置为vonHann函数。

图2设置数据截断和窗函数

从图1可以看出，FFT中的大部分有用信息都处于频谱的低频段。在图3中，我们放大频谱以100kHz /格显示FFT频谱，中心频率设置为500 kHz，请注意，我们仍然以10 GS / s的速率对输入信号进行采样，分辨率为100μs。

图3在50kHz处显示出一个尖峰，此后每50kHz间隔中有一个幅度变化的次谐波阵列，在时域中看起来很干净的正弦波，事实上是失真很大，这个信号来自一个低价的函数发生器，就像生活中的其他一切一样，高性价比是不存在。

频谱分析软件自动执行FFT

力科示波器都可以配备频谱分析软件选项，提供了与专用频谱分析仪非常相似的用户界面，简化了FFT的设置，提高了测试的效率。

在力科示波器中，可以在屏幕顶部的Analysis下拉菜单中找到Spectrum Analyzer应用程序，在图5中，对于采集到的正弦波，频宽范围设置为0到1MHz，在这种自动模式下，需要注意的是，设置的最高频率会对仪器的采样率产生影响，我们希望采样率至少是最高频率的2倍，该软件通常遵循5X经验法则，因此，对于1MHz的频谱，示波器已自动设置为5MS / s的采样率，如果更改为5MHz量程，会看到采样率设置为25MS / s。

同样，分辨率带宽将影响水平时基，在图5中，分辨率带宽设置为200 Hz，使用1/200 Hz，我们确定采集窗口时间至少需要5ms，考虑到FFT操作其他要求，示波器会自动将该周期设置为20 ms。如果想要更低的分辨率带宽，例如1 kHz，仪器将通过将水平时基缩小到5 ms来响应。

因此，在使用频谱分析软件的自动模式中，通过设置分析本身的参数来控制采集的关键参数，但在使用FFTMath功能的手动模式下，用户必须自己调整采样率和时基。

频谱分析软件自动模式的另一个重要特性是能够识别信号中的频率峰值，我们知道正弦波的大部分有用信息都在低频段，为了更好地了解频谱的这一部分，希望降低分辨率带宽，这将导致相应的水平时基增大。这不会改变采样率，示波器足够智能，知道它必须提高其采集速率以采集更多数据。

在频谱分析设置对话框的峰值/标记选项卡中，打开峰值功能非常简单，它将自动指示信号中的频率峰值，我们还可以打开注释，向我们显示各个峰对应的频率。

使用力科示波器中的频谱分析软件选项执行FFT的“自动模式”，使该过程非常智能化，可以像使用频谱分析仪一样控制仪器：更改最大频率控制采样率，调整分辨率带宽控制水平时基，因此，我们不必像在手动模式中那样考虑这些参数。