如何把示波器上的FFT做到極致

示波器上的FFT是什么？

        有了數(shù)字示波器，我們對(duì)波形的處理就不再單純了，不再只是停留在看看波形，不再滿足只是測(cè)量幾個(gè)參數(shù)。我們總想對(duì)采樣下來的數(shù)據(jù)做更多的處理。其實(shí)，準(zhǔn)確地理解，示波器更像一個(gè)波形分析儀。正是工程師的不滿足，才有我們不斷追求推動(dòng)極限的動(dòng)力，因?yàn)槲覀兘?jīng)常低估自己的潛力。極限到底在哪兒？到底是誰最先把FFT(快速傅里葉變換)用在數(shù)字示波器里邊？說法很多。好像突然間，大家在示波器上都發(fā)現(xiàn)有FFT功能了，而且都是標(biāo)準(zhǔn)配置。雖然都有FFT功能，但是做成的結(jié)果千差萬別，速度和指標(biāo)也都各不相同。任何事情開始階段都相同，都先追求有，再談差異化，況且示波器本身是個(gè)定性的工具，誰又在乎示波器在頻域上的指標(biāo)精度呢，除了我們可愛的研發(fā)工程師。

        情況在變化，很多時(shí)候用戶希望通過一個(gè)儀器來解決所有問題，因?yàn)檎f實(shí)話，不是所有工程師都有條件在桌上擺上電位計(jì)、頻譜儀、示波器、矢網(wǎng)。多數(shù)情況，示波器把采集下來的時(shí)域數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行軟件FFT運(yùn)算，變成頻域的樣本，再通過數(shù)據(jù)重組，把頻域的樣本顯示出來。圖1就示意了時(shí)域顯示轉(zhuǎn)換成頻域顯示的例子。

        FFT的能力取決于以下幾個(gè)指標(biāo): 存儲(chǔ)深度大小，軟件運(yùn)算速度，動(dòng)態(tài)有效位(ENOB, effective number of bits)，底噪。因?yàn)檫@些指標(biāo)直接決定FFT后的刷新速度，動(dòng)態(tài)范圍，靈敏度，分辨率帶寬RBW。

示波器的FFT能解決什么問題？

        受限于手頭的工具(所有工程師都?jí)粝胱郎蠑[著最先進(jìn)的示波器和頻譜儀)，而且很多時(shí)候工程師調(diào)試電路的時(shí)候需要先定性觀察一下，F(xiàn)FT就成了看頻譜的好工具了。說實(shí)話，很多廠商FFT功能做得差強(qiáng)人意，無非兩類原因，一類是不具備做好的能力，把頻譜分析做好還是需要很多DSP(數(shù)字信號(hào)處理)高手和射頻技術(shù)實(shí)力的；還有一類是能做好，但是主觀上又不太想把FFT做得太強(qiáng)大——那我頻譜儀怎么賣啊，這里有個(gè)機(jī)會(huì)成本的問題。但是FFT還是能解決部分問題的，比如看看諧波頻率范圍、諧波成分、諧波占比、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍，粗略看看頻譜干擾等等，但往往也會(huì)帶來些尷尬問題，比如采樣芯片是由多片疊拼時(shí)，就會(huì)暴露疊拼的譜線，處理速度慢得也會(huì)讓人崩潰，底噪太大，有點(diǎn)太離譜，抖動(dòng)分量占比有點(diǎn)亂。想回避這些問題當(dāng)然會(huì)想出些好方法，比如限制FFT分析樣本，這樣不至于長存儲(chǔ)FFT時(shí)死機(jī)，比如波形平均降低些底噪等等。