由數(shù)字示波器的方波拐角引發(fā)的思考：時(shí)域VS頻域

 對(duì)于大多數(shù)電子工程師來(lái)說(shuō)，時(shí)域的信號(hào)是非常直觀和容易理解的，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/時(shí)域">時(shí)域是一個(gè)真實(shí)世界，是實(shí)際存在的域。我們所有的經(jīng)歷都是在時(shí)域中發(fā)展和驗(yàn)證，而且大家都已經(jīng)習(xí)慣了事件是按照時(shí)間先后順序發(fā)生的，并得到記錄保存。

    鼎陽(yáng)科技為廣大的電子工程師提供了一系列不同的數(shù)字示波器，用以對(duì)我們感興趣的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行捕獲、觀察、測(cè)量、分析和存檔。相信大家很容易就能夠理解數(shù)字示波器的基本工作原理并熟練掌握對(duì)數(shù)字示波器的使用和操作方法。但是，一個(gè)信號(hào)是否真的就像看起來(lái)那樣“純潔無(wú)瑕”、“完美無(wú)缺”呢？有時(shí)候用示波器是很難做到真實(shí)、定量分析的

一個(gè)肉眼看起來(lái)十分平滑的正弦波，里面有沒(méi)有諧波和非諧波分量？一個(gè)方波的拐角，為什么用數(shù)字示波器觀察總是沒(méi)辦法呈現(xiàn)出一個(gè)完美的直角？這些問(wèn)題時(shí)常會(huì)困擾一些沒(méi)有接觸過(guò)頻譜分析儀的用戶朋友。而頻域，這個(gè)隱藏在時(shí)域背后的角色，似乎被蒙上了一層神秘的面紗，讓一些電子工程師很容易產(chǎn)生距離感。而且頻譜分析儀上各種帶寬、放大器、衰減器和濾波器等等概念，往往讓我們無(wú)從下手，很難得到一個(gè)正確的結(jié)果。鼎陽(yáng)科技作為通用電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，始終把高效、真實(shí)、準(zhǔn)確、方便、快捷作為我們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品的核心思想，SSA3000X Plus系列高性能頻譜分析儀SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，正完美詮釋了以客戶為中心的產(chǎn)品理念，讓我們的頻譜測(cè)試變得非常簡(jiǎn)單。

    如下圖1所示，我們用一臺(tái)SDG6052X函數(shù)/任意波形發(fā)生器，一臺(tái)SDS5054X數(shù)字熒光示波器和一臺(tái)SVA1032X頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀搭建一個(gè)時(shí)域和頻域的對(duì)比演示系統(tǒng)。

 
圖1 時(shí)域Vs頻域?qū)Ρ葴y(cè)試系統(tǒng)

    我們將SDG6052X信號(hào)源的通道1和通道2分別用BNC電纜直接連接到SDS5054X示波器的通道1和SVA1032X頻譜儀的射頻輸入端；然后打開(kāi)SDG6052X信號(hào)源的通道跟蹤功能，這樣，只需要對(duì)信號(hào)源通道1的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，就可以使通道2輸出完全一樣的波形，從而確保示波器和頻譜儀同時(shí)接收到完全一樣的信號(hào)。

首先，設(shè)置信號(hào)源輸出一個(gè)1MHz的方波信號(hào)，用示波器的Auto Setup按鍵很容易就捕獲到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，如圖2所示。我們的頻譜儀同樣設(shè)計(jì)有Auto Tune按鍵，簡(jiǎn)單按下該按鍵，頻譜儀將會(huì)在全頻段內(nèi)自動(dòng)搜索信號(hào)，并將頻率和幅度參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，一鍵實(shí)現(xiàn)信號(hào)搜索以及參數(shù)自動(dòng)設(shè)置，很快就可以得到如圖3所示的一個(gè)1MHz基波信號(hào)。

 
圖2 示波器測(cè)得的1MHz方波信號(hào)

 
圖3 頻譜儀自動(dòng)捕獲的1MHz基波信號(hào)

    但是我們都知道，方波是一種包含豐富諧波分量的波形，這時(shí)我們只需要簡(jiǎn)單的將頻譜儀的終止頻率設(shè)置的更大一點(diǎn)，比如設(shè)置成18MHz，就能完美呈現(xiàn)方波的部分諧波，如圖4所示。我們還可以利用頻譜儀的光標(biāo)列表功能，實(shí)時(shí)顯示各次諧波的頻率和幅度，如圖5所示。甚至，我們可以將終止頻率設(shè)置成100MHz，發(fā)現(xiàn)就算在近百次的諧波分量上，仍然具有接近40dBc（相對(duì)于基波）的幅度，這就充分說(shuō)明了我們用示波器測(cè)試超過(guò)1MHz的方波信號(hào)時(shí)失真會(huì)比較大的原因，因?yàn)槭静ㄆ鞅旧淼膸捯约皽y(cè)試線纜的帶寬限制，過(guò)濾掉了方波信號(hào)的高次諧波分量。

圖4 終止頻率設(shè)置成18MHz后的1MHz方波頻譜

 
圖5 利用光標(biāo)列表顯示各個(gè)諧波的頻率和幅度

 
圖6 終止頻率設(shè)置成100MHz后的1MHz方波頻譜

    接著，我們讓信號(hào)源輸出一個(gè)FM調(diào)頻信號(hào)，設(shè)置載波頻率為10MHz，頻偏為5MHz，調(diào)制頻率為200MHz。在示波器上可以捕捉到一個(gè)頻率不斷變化的正弦波信號(hào)，打開(kāi)數(shù)字示波器的測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能，可以準(zhǔn)確地測(cè)得最小頻率為5MHz，最大頻率為15MHz，如圖7所示。想要看FM信號(hào)在頻譜儀中的表現(xiàn)，只需要點(diǎn)擊頻譜儀的Auto Tune按鍵，就能夠快速的測(cè)得載波信號(hào)的頻譜，再打開(kāi)信號(hào)源的調(diào)制開(kāi)關(guān)，我們就能清晰看到一根從5MHz到15MHz來(lái)回往復(fù)的頻譜，來(lái)回一次的周期是5秒，如圖8、9、10所示。這讓我們能夠非常直觀的理解調(diào)頻信號(hào)各項(xiàng)指標(biāo)的含義：載波頻率-頻偏=輸出的最小頻率；載波頻率+頻偏=輸出的最大頻率；調(diào)制頻率的倒數(shù)為調(diào)制周期，就是完成一次頻率從最小變到最大，再回到最小頻率的時(shí)間。

 
圖7 示波器測(cè)量統(tǒng)計(jì)功能測(cè)得的FM調(diào)頻信號(hào)
 
圖8 頻譜儀測(cè)得的FM調(diào)頻信號(hào)
 
圖9 頻譜儀測(cè)得的FM調(diào)頻信號(hào)
 
圖10 頻譜儀測(cè)得的FM調(diào)頻信號(hào)

    最后，我們讓信號(hào)源輸出一個(gè)AM調(diào)幅信號(hào)，載波為10MHz，調(diào)制信號(hào)為1MHz，調(diào)制深度為50%。合理設(shè)置示波器的時(shí)基、幅度分辨率和觸發(fā)電平，我們可以看到一個(gè)直觀的調(diào)幅信號(hào)，如圖11所示。對(duì)于鼎陽(yáng)科技的頻譜儀，我們只需要簡(jiǎn)單按下Auto Tune按鍵，就可以快速捕捉到一個(gè)三根譜線的圖形，如圖12所示，中心頻率為10MHz，左右兩根譜線分別為9MHz和11MHz。改變AM調(diào)制信號(hào)的頻率或者調(diào)制深度，可以在頻譜儀上得到簡(jiǎn)單直觀的表現(xiàn)，從而理解AM調(diào)幅信號(hào)各項(xiàng)參數(shù)的含義。

 
圖11 示波器測(cè)得的AM調(diào)制信號(hào)
 
圖12 頻譜儀測(cè)得的AM調(diào)制信號(hào)

    通過(guò)對(duì)以上三種信號(hào)的時(shí)域和頻域?qū)Ρ葴y(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，頻譜儀的使用其實(shí)并沒(méi)有想象中那么復(fù)雜，我們甚至可以輕易的剝開(kāi)信號(hào)復(fù)雜的外表，看清隱藏在時(shí)間背后的本質(zhì)信息。尤其是鼎陽(yáng)科技SSA3000X Plus系列高性能頻譜分析儀和SVA1000X系列頻譜&矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，不僅具備優(yōu)異的硬件性能，還配備了10.1寸多點(diǎn)觸控電容屏，支持一鍵自動(dòng)搜索測(cè)試、一鍵存儲(chǔ)、一鍵幫助、一鍵恢復(fù)出廠設(shè)置和一鍵自動(dòng)耦合等眾多功能，同時(shí)可以基于電腦或手持終端網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對(duì)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓我們的頻譜測(cè)試變得更為簡(jiǎn)便，快捷。

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