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qzuser
Lv2 太平洋舰队下士
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2018-03-20 14:12 0 0 只看楼主
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示波器和频谱仪的功能介绍

一、频谱仪的功能介绍
  现代频谱分析仪多采用软件无线电思想设计:搭建通用性强的硬件平台,将功能实现软件化,使得现代频谱分析仪具有了“软件定义仪器”的特征,在维持硬件平台基本不变的情况下,通过更新软件,就可以使频谱分析仪集成众多仪器,如接收机、功率计、频率计、网络分析仪的大部分功能,极大扩展了频谱仪的测量能力和应用领域。现代频谱仪发展迅速,针对不同应用需求,出现了各种各样的频谱仪,不同类型的频谱仪,其性能指标和功能配置也有很大差别。

  1.信道功率测试:测试指定区域内的中频功率之和与区域宽度。概言之,就是测试指定频段内的信号总功率,或噪声总功率。

2. 邻信道功率测试:可测邻道泄露的上下行载波功率强度。概言之,可以选择多种测试方法包括总功率、参照电平强度、带内测试的方面精确测试载波功率强度。
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  3.可测电路或者PCB板上器件和电路间的电磁场强度:频谱仪只可以测试电信号,但是配上天线和不同探头就可以测试场强。例如DSA815可以测试1.5G以内信号,配上天线就可以测试物联网,RFID等信号,配上近场探头就可以测试电场和磁场的信号。你也可以自己制作电场、磁场的感应器接到频谱仪上就可以测试了。

  4.标记测量:例如MSA-338有两种模式:其一是常规模式,最多显示测试点的7个活动频点和最多3个活动的电平值;另一测试模式叫DELTA测试模式,可以对比2个测试点的频率与电平。

  5.峰值查找:分两种,一种为全频峰值查找,一种为范围内查找。

  6.占用带宽测试。


二、示波器的功能介绍

1、示波器的触发功能和自动功能。
  自动的功能就是示波器实时、动态地显示出所测的信号,这种功能就是我们最常用的一种模式,这种模式不利于我们捕捉一些瞬间的信号和一些高速和高频信号,比如说电源上电的瞬间、一些高速信号的显示和一些短暂工作的信号。自动功能我就不介绍了,下面我就详细介绍一下触发的功能。
  示波器的触发功能能够弥补自动功能的一些缺陷,它能够捕捉到一些瞬间的信号和高速、高频信号。要使用这个触发功能,需要对示波器按照如下步骤进行操作:按下Menu按键,在模式选择里面有三种选择,分别是滚动、XY和标准模式,这里选择“标准”模式——然后按下Modecoupling按键,触发模式选项中选择“标准”,就是说要选择两个“标准”,一个是Menu里面的“标准”,另一个是Modecoupling里面的“标准”。如下图所示:
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  图2、按下Menu按钮

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  图3、在触发模式中选择“标准”

  在使用触发功能的时候,我们需要选择触发的种类,触发的种类有边沿触发、脉宽触发和电平触发。我们一般常用的有边沿触发和电平触发。其中电平触发是一定要配合触发功能来使用的,这个功能由TriggerLevel”这个按键来实现,而边沿的选择可以拖过“Edge”这个按键来选择,有上升沿,下降沿、任一沿。至于脉宽触发,各位童鞋可以自己亲自试一下。我们一般只需要通过边沿触发和电平触发就可以了。操作界面显示如下所示:

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  图4、触发功能的操作界面


2、示波器看电源的纹波。

  在电路设计中,电源是系统中非常重要的一个模块,其中电源纹波是电源输出好坏的一个重要指标。示波器如何看电源纹波呢?首先就是按下通道1”按钮——在出现的耦合选项里面选择“AC”耦合,这种耦合方式就是将电源的直流电平过滤掉,只让交流信号通过(就是纹波),因为纹波一般比较小,所以电压档位一般都选择mV的档位。这样就可以看到电源纹波了。操作如下:
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5、按下通道1
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  图6、耦合方式的选择


3、示波器的傅里叶功能。
这个功能可以将电信号转换成频谱信号,它对于硬件工程师分析EMC有大的帮助,在没有频谱仪的情况下,示波器的这个功能是观察EMC的一个非常不错的选择。下面我介绍一下如何使用示波器上的这个功能。首先按下操作界面上的“Math”按键——在界面“算子”选项中选择“FFT”——然后就是对于FFT的一些设置,比如说中心频率、频率范围等等——按下“Cursors”按键,在“源”选项里面选择数学函数——最后通过移动光标来标注频谱信号。
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  图7、在算子选项中选择FFT
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8FFT的设置
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  图9、通过移动光标来标注频谱信号


4、示波器看高频和高速信号。
<1>其实我们的示波器探头本身会有一个等效的电容,这个电容对于我们看高速信号和高频信号会产生很大的影响,因此用示波器观察高速和高频信号时,这个等效电容应该越小越好,而示波器探头本身有两种阻抗模式,一种是1:1,另一种则是10:1101这种模式的等效电容比1:1的小,所以观察高速和高频信号的时候我们应该设置选择10:1的探头模式。
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  图10、按下探头选项可以看到探头阻抗模式

<2>众所周知,高频和高速信号在阻抗不匹配的时候,会造成信号的反射。而我们的高频和高速信号的阻抗一般都会设计成为50或者60欧姆。而示波器本身有50欧姆和1M欧姆两种阻抗两种选择,因此当我们采用1M欧姆阻抗看高速和高频信号的时候,我们会发现信号会有很多的过冲。而当我们用50欧姆的阻抗看高速和高频信号的时候我们会发现这种过冲就没有了。这个说明采用50欧姆阻抗观察高频和高速信号的效果会比1M欧姆的效果好。
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  图11、示波器阻抗选择

  示波器本身还有很多的使用功能,以上四点只是我们经常用到的一些功能。

  3、频谱仪和示波器哪个好

  对示波器和频谱仪的功能进行了详细的分析介绍,那么在实验应用中,频谱仪和示波器哪个比较好呢?

  以下我们从实时带宽、动态范围、灵敏度和功率测量准确度四个方面比较了示波器和频谱仪的分析性能谁好。

  1)对于示波器来说,带宽通常是其测量频率范围。而频谱仪则有中频带宽、分辨带宽等带宽定义。这里,我们以能对信号进行实时分析的实时带宽作为讨论对象。

  从实时带宽来说,示波器普遍优于频谱仪,这对于某些超宽带信号分析尤其有好处,特别是在调制分析上有着无可比拟的优势。

  2)对于频谱仪来说,在不考虑相位噪声等近端噪声和杂散情况下,平均噪声电平、二阶失真、三阶失真是制约动态范围的最主要因素,以主流频谱仪的技术指标计算,其理想动态范围约为90dB(受二阶失真限制)。

  大多数的示波器由于受其AD有效取样位数和噪声底的限制,传统示波器的理想动态范围通常不超过50dB。(对于R&SRTO示波器,在100KHzRBW时,其动态范围可高达86dB

  从动态范围来看,频谱仪要优于示波器。

  3)对于示波器而言,示波器在Y轴设置至最灵敏档时,通常为1mV/div时示波器所能测试到最小信号,抛开端口不匹配等因素来看,示波器的信号通道产生的噪声以及轨迹不稳定带来的噪声是制约示波器灵敏度的最重要因素。

  对于频谱仪来说,同样抛开端口不匹配等因素来讨论,频谱仪的在增益最大、衰减器设置最小情况下,平均噪声电平可以看作频谱仪测量小信号的极限。在不涉及前置放大器的情况下,大多数性能良好的频谱仪可以达到-150dBm

  4)通过对1GHz频率信号的进行功率测量来对比,通过RTO示波器和FSW频谱仪的测量对比可以看出,在1GHz处,示波器与频谱仪的功率测量值仅相差0.2dB左右,这是非常好的测量准确度指标。因为频谱仪在1GHz处的测量准确度是非常好的。

  在频率范围内,示波器的频率响应指标也是很好的,4GHz范围内不超过0.5dB,从这点来说,示波器甚至优于频谱仪的性能。

总的来说,示波器与频谱仪在频域分析性能上各有所长,频谱仪在灵敏度等技术指标上更胜一筹,示波器在实时带宽上较频谱仪更为出色。在测量不同类型的信号时,可根据测试需求和仪器的不同技术特点进行选择。
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