Oscyloskop z FFT czy analizatorem widma?

Czy ktoś mógłby mi wyjaśnić, które aplikacje wymagają jednego i drugiego i dlaczego? O ile czytałem, chodzi o „dB”; czy to prawda? I dlaczego?

Na początku widzę Oscyloskopy z pamięcią cyfrową (DSO) z funkcją FFT i analizatorami widma (SA) jako takie same ... otrzymają sygnał z domeny czasu i przekonwertują go na domenę częstotliwości i możemy sprawdzić wszystko składowe harmoniczne i częstotliwościowe sygnału i analizowanie go w zupełnie nowy sposób ....... Ponieważ DSO są zwykle znacznie tańsze niż SA, wciąż zastanawiam się, jakie funkcje SA będzie oferować, których DSO nie może. Czy chodzi o precyzję, szybkość obliczeń (moja DSO FFT jest naprawdę wolna), przepustowość (tanie DSO zwykle osiągają tylko 100 MHz), czy tylko zależy od modeli, a nie od bycia DSO lub SA? Czy jest coś więcej, o czym nie wiem i możesz mi powiedzieć?

Aby odpowiedzieć prosto - oscyloskop jest niezbędnym narzędziem w każdym laboratorium elektronicznym, podczas gdy SA zasadniczo nie jest (chyba że jesteś inżynierem RF, a nawet wtedy potrzebujesz dobrego zakresu), a dla dobrej jakości jest znacznie droższy w porównaniu ( chociaż Rigol właśnie wydał kilka całkiem mocnych skojarzeń zabezpieczeń w przyzwoitych cenach typu zakresu)
Funkcja FFT na przeciętnym OSD wykona większość pracy, więc chyba, że ​​twój interesujący zakres częstotliwości wynosi np.> 500 MHz lub więcej (jeśli to nam powiedz) , wtedy DSO jest narzędziem z wyboru.

Zasadniczo jedna robi amplitudę w funkcji czasu (zakres), a druga robi amplitudę w funkcji częstotliwości (SA)

Przykład zakresu:
powiedzmy, że masz sygnał cyfrowy, który działa sporadycznie, możesz sprawdzić zakres i poszukać przeregulowania / zanikania, dzwonienia, szumu, gltiches itp.

(prosty) przykład SA: Powiedzmy, że masz sygnał i chcesz sprawdzić jego składowe harmoniczne, możesz spojrzeć na ekran SA i sprawdzić harmoniczne (np. czysta fala sinusoidalna powinna być tylko jednym skokiem na ekranie, na to częstotliwość, fala kwadratowa byłaby malejącą serią nieparzystych harmonicznych)

Fala kwadratowa na analizatorze widma:

Ten sam sygnał na lunecie wyglądałby tak:

Oscyloskop z funkcją FFT wykorzystuje wbudowaną analizę matematyczną zapisanego przebiegu do obliczenia zawartości częstotliwości i amplitudy sygnału. Jest wyświetlany na ekranie jako wykres częstotliwości w funkcji amplitudy - podobnie jak analizator widma.

„Prawdziwy” analogowy analizator widma, faktycznie mierzy amplitudę przy każdej częstotliwości (krokach) od sygnału i nie musi wykonywać żadnych obliczeń matematycznych na zmierzonej amplitudzie innej niż wymagana do dokładnego pokazania wartości pomiarowych na ekranie.

To prawda, że ​​wiele oscyloskopów oferuje funkcję FFT - ale jeśli nie używasz nowego drogiego lunety - uzyskany obraz jest raczej orientacją niż odpowiednikiem prawdziwego analizatora widma.

To powiedziawszy - nowa generacja połączonych instrumentów cyfrowych oferuje naprawdę takie same wyniki analizy widma i pomiary oscyloskopu, jakie byłyby w przypadku instrumentów jednozadaniowych. Nie są one jednak tanie, ale są użyteczne, ponieważ częstotliwość / treść analogową można zsynchronizować z przebiegiem oscyloskopu cyfrowego w celu zidentyfikowania sygnałów, które powodują problemy związane z RF lub EMC.

Zakresy zwykle są teraz cyfrowe lub DSO i można je kupić od 50 USD do 5 000 USD w zależności od specyfikacji, wydajności i przepustowości. Można je podłączyć do portów USB, IEEE488, PCI i wielu innych portów. Zapewniają one przechowywanie powtarzalnych i 1 strzałowych przebiegów i funkcji matematycznych.

Analizatory widma mierzą gęstość widmową, a technologia Digital SA wykorzystuje FFT do obliczania widma, podczas gdy RF SA używa skanowania zamiatanego z podwójną lub potrójną konwersją jak tuner telewizyjny, ale z bardzo precyzyjnymi przedwzmacniaczami, filtrami i konwerterami dziennika, ponieważ pomiary są wygodniejsze do wyświetlania szerokiego zakresu dynamicznego, takiego jak jako 100 dB. Służą do analiz sejsmicznych, audio, mechanicznych analizatorów łożysk w dużych turbinach, radiu, mikrofalach, spektrum optycznym i innych. Mogą być przydatne do wykonywania wykresów Bode, wykresów filtrów, testu emulacji RF, testów radiowych, projektowania anteny, radaru, projektowania komórkowego i weryfikacji testów.

Istnieją dosłownie tysiące różnych zastosowań analizatorów widma oprócz inżynierów radiowych we wszystkich dziedzinach przemysłu, w których inżynierowie muszą analizować widmo w określonym urządzeniu, czy to mechanicznym, optycznym czy elektrycznym. Znam jednego krewnego, który wykorzystuje rodzinę do analizy turbin Gigawatt GE w Japonii pod kątem harmonicznych łożysk, co jest silnym wskaźnikiem jakości produktu i czynników starzenia.

Analizatory sieciowe są jeszcze bardziej precyzyjne niż SA i mają wbudowane generatory śledzące z podwójnymi wejściami, dzięki czemu można zmierzyć funkcję przesyłania. Występują w szerokim zakresie częstotliwości i mogą być używane do pomiaru marginesu fazy w SMPS do testów stabilności lub testu PLL lub utraty wstawienia, straty powrotu, wykresów SMith itp. I mogą być tak dokładne, jak 0,1 dB od .1 do 50 GHz lub podzakres zainteresowania, taki jak 0 ~ 1 MHz. Każdy z nich może kosztować 100 000 USD. HP i Anritsu to dwaj najlepsi dostawcy w Ameryce.

Ale w przypadku zwykłego audio dostępne są bezpłatne narzędzia do wyświetlania sygnałów audio i analizy widma przy użyciu MIC, Line IN lub wewnętrznego dźwięku.

np. Audacity to jeden program. Nadal mam starą wersję Cool Edit Pro 2. Wersja. Przebieg dzięki uprzejmości AC-DC (Hell's Bells)

Różnica polega na tym, że analizator widma ma nakładkę miksera, która pozwala mu zmieniać zakres częstotliwości, którego słucha, podczas gdy oscyloskop pozostaje nieruchomy na dolnym końcu.

Oznacza to, że możliwe jest widzenie sygnałów o wyższych częstotliwościach, a jednocześnie sygnały poza obserwowanym obszarem są odfiltrowywane, dzięki czemu można ustawić prekalibrator ADC w celu uzyskania lepszej rozdzielczości.

Z drugiej strony, miksery wcale nie lubią prądu stałego, więc w normalnej pracy EE nie będzie można użyć analizatora widma zamiast oscyloskopu.

Analizatory widma na dzień dzisiejszy rzadko są w pełni dostrojone. Większość robi FFT i łączy kanały, tworząc zakres częstotliwości.

Oprócz klasy nowoczesnych pomiarów SA, takich jak Vector Signal Analysis, nie zszywa kanałów, a raczej mierzy całe kanały na podstawie częstotliwości próbkowania IF. Szerokość pasma analizy, która zwykle wynosi około [częstotliwość próbkowania IF / 1,25], wynosi do 1 GHz, dla najwyższego poziomu SA - Keysight UXA .

Niewyczerpujący zakres vs widmo

1. Zakres digitalizować od pasma podstawowego do pożądanego zakresu częstotliwości. SA obniżyła sygnały RF i dokonała digitalizacji w IF
2. Możliwość digitalizacji w IF pozwala SA na lepszą rozdzielczość pionową. Rozdzielczość pionowa zakresu wynosi w większości 8 bitów, a SA - do 14 bitów. (Projektanci Digitizer wymieniają częstotliwość próbkowania z rozdzielczością pionową)
3. Zakres jest przydatny do analizy w dziedzinie czasu. Widmo jest lepsze do analizy w dziedzinie częstotliwości. SA o lepszej rozdzielczości pionowej będzie miał lepszą wydajność w stosunku S / N, pozwalając zobaczyć sygnał przy bardzo niskim poziomie mocy. Natomiast zakres o wyższej częstotliwości próbkowania pozwoli na lepszą rozdzielczość czasową pewnego rodzaju pomiarów, takich jak czas narastania.
4. Zakres może być więcej niż jednym portem, podczas gdy SA jest jednym portem. Dlatego zakres jest w stanie przeprowadzić wielokanałowe porównanie w dziedzinie czasu, takie jak faza, czas narastania impulsu ... itd

Powyżej: zakres pomiaru impulsów wielokanałowych

Było kilka poprawnych różnic wymienionych powyżej, postaram się usystematyzować:

1) Szerokość pasma (szerokość oscyloskopu zwykle jest większa, ale pasma roboczego nie można zmienić). Tzn. Na przykład tryby Oscyloskopu to: 0-1 kHz, 0-10 kHz, 0-50 kHz, 0-250 kHz, 0-500 kHz, 0-2 MHz, 0-20 MHz, 0-100 MHz, z maksymalną częstotliwością próbkowania przy 500 MSamp / sek. Patrząc na FFT, widać tylko te pasmo 0-100 MHz. Analizator widma może mieć węższe pasmo, ale może przesuwać się w skali częstotliwości: tj. Na przykład szerokość pasma 40 MHz, częstotliwość próbkowania 200 MSamp / s oraz częstotliwości robocze: 0-6,3 GHz. Tzn. Trybami analizatorów widma będą: 0-40 MHz, 10-50 MHz, 20-60 MHz, 30-70 MHz .... 6260..6300 MHz. Widać więc, że SA ma dostrajany filtr pasmowy zamiast antyaliasingu LPF w oscyloskopie.

2) Zakres dynamiczny. ADC analizatora widma ma znacznie lepszą rozdzielczość.

3) Analizator widma ma wzmacniacz niskoszumowy, oscyloskop go nie ma. Wzmacniacz o niskim poziomie szumów to specjalny wzmacniacz o częstotliwości radiowej, który działa w szerokim zakresie częstotliwości, dodając bardzo niski poziom szumu do sygnału.

4) Oscyloskop i analizator widma mają różne sposoby konfigurowania wyzwalaczy. Oscyloskop jest zorientowany na kształt sygnału w dziedzinie czasu, SA jest zorientowany na rejestrowanie określonych kształtów w dziedzinie częstotliwości.

5) Oscyloskop nie może demodulować sygnałów, zwykle może to zrobić analizator widma (ponieważ jest to praktycznie odbiornik SDR).

Podsumowując: oscyloskop jest wyjątkowo szerokopasmowym miliwoltomierzem. analizator widma jest dość wąskim pasmem odbiornika, którego głównym celem jest przekształcenie fal radiowych w sygnał pasma podstawowego (komponenty I i Q) przy możliwie najniższych stratach i szumach.

Innym zastosowaniem analizatora widma jest szukanie źródła zakłóceń. Podręczne urządzenia najnowszej generacji również to znacznie ułatwiają. Na przykład, oprócz spektrogramu i standardowych pomiarów analizatora widma, przyrządy te mogą wykonywać pomiary specyficzne dla interferencji, takie jak nośnik / szum (C / N) i nośnik / interferencja (C / I). Matematyka śledzenia (tryb różnicowy) może pomóc Ci znaleźć, monitorować i charakteryzować sygnały zakłócające. Inną funkcją jest możliwość rejestrowania widma w określonym czasie. Umożliwia to znajdowanie przerywanych usterek i zmian częstotliwości w czasie. Świetna funkcja. Osobiście wybrałbym oba: Scope + SA. To tylko sprawia, że ​​twoja ławka jest bardziej użyteczna na dłuższą metę.