FFT的前世今生

請看下面的實例：

圖1中正弦波測試使用的時基是5ns/div，波形時間長度是50ns，計算FFT之后的頻譜分辨率是20MHz(1/50ns)，

圖1 捕獲50ns的信號，頻率分辨率是20MHz

如果改變時基設(shè)置，頻譜分辨率會有變化。如圖2所示：將時基設(shè)置為10ns/div，波形長度是100ns，頻譜分辨率可以提高到10MHz。

對于通過補零的方法增加FFT頻譜的視在分辨率，力科的示波器也有相應(yīng)的解決方案。力科示波器使用了兩種非常常用的FFT算法供用戶選擇：Cooley-Tukey算法和LeastPrime算法。Cooley-Tukey算法也稱為Power2算法，它提供了計算機一種非?？焖俚腇FT計算方式，計算的FFT點數(shù)規(guī)模是2的整數(shù)方次，因此它會在示波器時域采集的信號中截取2的N次方的整數(shù)來作為FFT計算的時域樣本，該截取的整數(shù)是最接近于采樣點的整數(shù)。如下圖2所示：

圖2 捕獲100ns的信號，頻率分辨率是10MHz

圖中的正弦波頻率為500MHz，時基設(shè)置為10ns/div，采樣率為20GS/s，時域采樣點數(shù)為2000points，使用Power2算法截取2000點中的1024點(210)，如圖中的藍框所示(注意是從信號的中間部分截取)，因此截取的時間窗口為1024×20ps=51.2ns，是500MHz信號的25.6個周期，由于截取的周期非整數(shù)倍，不可避免會產(chǎn)生頻譜泄露，如圖中FFT的旁瓣所示，此時的頻率分辨率可以達到19.35125MHz。

如果采用另外一種FFT算法LeastPrime，可以將整個示波器時域采集的采樣點進行FFT運算，LeastPrime算法計算的FFT點數(shù)規(guī)模是2N+5K，因此2000點=24+53，不需要截取原始數(shù)據(jù)就可以運算，但是代價是計算的速度可能會慢一些(盡管我們可能覺察不到)，頻率分辨率可以提高到10MHz。

使用Power2算法也可以不采用截取原始波形的方式，此時我們可以選擇Zero Fill(補零)的方式，增加采樣點數(shù)。比如，在2000點中補48個點，2048=211，如圖3所示：

圖3 補零的放出提高頻率分辨率