Осциллограф с БПФ или анализатор спектра?

Может кто-нибудь объяснить мне, пожалуйста, какие приложения требуют одно или другое и почему? Насколько я прочитал, это все о «дБ»; это правда? И почему?

Сначала я вижу осциллографы с цифровой памятью (DSO) с функцией FFT и анализаторы спектра (SA) как одно и то же ... они получают сигнал из временной области и преобразуют его в частотную область, и мы можем проверить все гармонические и частотные составляющие сигнала и анализируют его совершенно новым способом ....... Но поскольку DSO обычно намного дешевле, чем SA, я все еще задаюсь вопросом, какие функциональные возможности SA предложит, что DSO не может. Речь идет о точности, скорости вычислений (мой DSO FFT очень медленный), пропускной способности (дешевые DSO обычно работают только до 100 МГц), или это зависит только от моделей, а не от того, что они DSO или SA? Есть ли еще что-то, о чем я не знаю, и вы можете сказать мне?

Чтобы ответить просто - осциллограф является важным инструментом для любой лаборатории электроники, в то время как SA, как правило, не является (если вы не инженер RF, и даже тогда вам нужен хороший прицел) и для хорошего качества гораздо дороже по сравнению ( хотя Rigol только что выпустил несколько довольно мощных SA по приемлемым ценам типа прицеливания)
Функция FFT в вашем среднем DSO подойдет для большинства работ, поэтому, если ваш интересующий диапазон частот, например,> 500 МГц или около того (если это будет, сообщите нам) тогда DSO является инструментом выбора.

В основном один делает амплитуду в зависимости от времени (объем), а другой делает амплитуду в зависимости от частоты (SA)

Пример области действия:
скажем, у вас есть цифровой сигнал, который работает с перебоями, вы можете проверить область действия и посмотреть на наличие / недолёт, звон, шум, блеск и т. Д.

(простой) Пример SA: скажем, у вас есть сигнал, и вы хотите проверить его гармонические компоненты, вы можете посмотреть на экране SA и проверить наличие гармоник (например, чистая синусоида должна быть только одним скачком на экране, в это частота, прямоугольная волна будет убывающей серией нечетных гармоник)

Прямоугольная волна на анализаторе спектра:

Тот же сигнал на области видимости будет выглядеть так:

Осциллограф с функцией БПФ использует встроенный математический анализ сохраненной формы сигнала для расчета частотного содержимого и амплитуды сигнала. Он отображается на экране в виде графика зависимости частоты от амплитуды - как анализатор спектра.

«Истинный» анализатор спектра аналогового типа фактически измеряет амплитуду на каждой частоте (шагах) сигнала и не требует каких-либо вычислений для измеренной амплитуды, кроме той, которая требуется для точного отображения измеренных значений на экране.

Это правда, что многие осциллографы предлагают функцию БПФ - но если вы не используете новую дорогостоящую область - результирующий дисплей является скорее ориентиром, чем эквивалентом реального анализатора спектра.

Тем не менее, новое поколение комбинированных цифровых инструментов действительно предлагает те же результаты анализа спектра и измерения осциллографа, что и инструменты одной задачи. Однако они недешевы, но полезны тем, что частотно-аналоговый контент можно синхронизировать с осциллографом цифрового осциллографа, чтобы идентифицировать те сигналы, которые вызывают проблемы, связанные с РЧ, или ЭМС.

Области обычно являются цифровыми или DSO и могут быть куплены от 50 до 5 тысяч долларов в зависимости от характеристик, производительности и пропускной способности. Они могут быть подключены через USB, IEEE488, PCI и многие другие порты. Они предлагают хранилище для повторяющихся и одноразовых сигналов и математических функций.

Анализаторы спектра измеряют спектральную плотность, и Digital SA использует FFT для расчета спектра, тогда как RF SA использует сканирование с двойным или тройным преобразованием, как телевизионный тюнер, но с очень точными предусилителями, фильтрами и лог-преобразователями, поскольку измерения более удобны для отображения широкого динамического диапазона, такого как как 100 дБ. Они используются для сейсмических, аудио, механических анализаторов подшипников в больших турбинах, радио, микроволновой печи, оптического спектра и многое другое. Они могут быть полезны для создания графиков Боде, графиков фильтров, тестирования РЧ-излучения, радио-тестов, проектирования антенн, радаров, сотовой связи и проверки испытаний.

Существуют буквально тысячи различных приложений для анализаторов спектра, кроме радиотехников во всех областях промышленности, где инженерам необходимо анализировать спектр в конкретном устройстве, будь то механическое, оптическое или электрическое. Я знаю одного родственника, который использует один для анализа турбин Gigawatt GE в Японии на наличие гармоник подшипников, что является сильным показателем качества продукции и факторов старения.

Сетевые анализаторы даже более точные, чем SA, и имеют встроенные генераторы слежения с двумя входами, что позволяет измерять передаточную функцию. Они имеют широкий диапазон частот и могут использоваться для измерения запаса по фазе в SMPS для тестов стабильности или теста ФАПЧ или вносимых потерь, обратных потерь, графиков SMith и т. Д. И могут быть с точностью до 0,1 дБ от 0,1 до 50 ГГц или Поддиапазон интереса, например, 0 ~ 1 МГц. Они могут стоить $ 100K каждый. HP и Anritsu являются двумя ведущими поставщиками в Америке.

Но для обычного звука существуют бесплатные программные инструменты для отображения аудиосигналов и анализа спектра с использованием микрофона, линейного входа или внутреннего звука.

например, Audacity - одна программа. У меня все еще есть старая версия Cool Edit Pro 2. Форма волны любезно предоставлена ​​AC-DC (Hell's Bells)

Разница заключается в том, что анализатор спектра имеет внешний интерфейс микшера, позволяющий ему смещать диапазон частот, который он слушает, в то время как осциллограф остается фиксированным на нижнем конце.

Это означает, что можно видеть сигналы на более высоких частотах, и в то же время сигналы за пределами рассматриваемой области отфильтровываются, так что вы можете отрегулировать прескалер ADC для лучшего разрешения.

С другой стороны, микшеры вообще не любят DC, поэтому при нормальной работе EE вы не сможете использовать анализатор спектра вместо осциллографа.

Анализаторы спектра текущего дня (SA) редко бывают полностью развернутыми. Большинство из них делают FFT и объединяют каналы, чтобы сформировать частотный диапазон.

Помимо класса современных измерений SA, таких как векторный анализ сигналов, не сшивают каналы, а измеряют все каналы на основе частоты дискретизации ПЧ. Ширина полосы анализа, которая обычно составляет около [ПЧ частоты дискретизации / 1,25], составляет до 1 ГГц для SA- Keysight UXA самого высокого уровня .

Не исчерпывающий объем против спектра

1. Сфера оцифровки от основной полосы до желаемого диапазона частот. SA преобразует радиочастотные сигналы и оцифровывает их при IF
2. Возможность оцифровки в IF позволяет SA иметь лучшее вертикальное разрешение. Разрешение по вертикали составляет в основном 8 бит, а SA - до 14 бит. (Дизайнеры дигитайзеров обмениваются частотой дискретизации с вертикальным разрешением)
3. Область полезна для анализа временной области. Спектр лучше для анализа частотной области. SA, имеющий лучшее вертикальное разрешение, будет иметь лучшую производительность в отношении сигнал / шум, позволяя видеть сигнал при очень низком уровне мощности. В то время как область действия, имеющая более высокую частоту дискретизации, позволит лучше разрешать время определенного вида измерения, такого как время нарастания
4. Областью может быть несколько портов, а SA - один порт. Следовательно, область может выполнять многоканальное сравнение во временной области, такое как фаза, время нарастания импульса и т. Д.

Вверху: сфера измерения многоканальных импульсов

Было несколько правильных отличий, упомянутых выше, я постараюсь систематизировать:

1) Полоса пропускания (полоса пропускания осциллографа обычно шире, но рабочая полоса не может быть смещена). Т.е., например, режимы осциллографа: 0-1 кГц, 0-10 кГц, 0-50 кГц, 0-250 кГц, 0-500 кГц, 0-2 МГц, 0-20 МГц, 0-100 МГц сигналов, имеющих максимальную частоту дискретизации 500 мс / с. Когда человек смотрит на БПФ, он может видеть только эти полосы 0-100 МГц. Анализатор спектра может иметь более узкую полосу пропускания, но он может перемещаться по частотной шкале: например, полоса пропускания 40 МГц, частота дискретизации 200 мс / с и рабочие частоты: 0–6,3 ГГц. Т.е. режимы анализаторов спектра будут: 0–40 МГц, 10–50 МГц, 20–60 МГц, 30–70 МГц… 6260… 6 300 МГц. Таким образом, можно видеть, что SA имеет настраиваемый полосовой фильтр вместо сглаживания LPF в осциллографе.

2) Динамический диапазон. АЦП анализатора спектра имеет гораздо лучшее разрешение.

3) Анализатор спектра имеет малошумящий усилитель, у осциллографа его нет. Малошумящий усилитель - это специальный радиочастотный усилитель, который работает в большом диапазоне частот, добавляет очень низкий уровень шума к сигналу.

4) Осциллограф и анализатор спектра имеют разные способы настройки триггеров. Осциллограф ориентирован на форму сигнала во временной области, SA ориентирован на захват определенных форм в частотной области.

5) Осциллограф не может демодулировать сигналы, как это может делать анализатор спектра (поскольку он фактически является SDR-приемником).

Подводя итог: осциллограф представляет собой сверхширокополосный милливольтметр. Анализатор спектра представляет собой довольно узкополосный приемник, основной целью которого является преобразование радиоволн в сигнал основной полосы (компоненты I и Q) с минимально возможными потерями и шумом.

Другое приложение для анализатора спектра - это то, где вы хотите выследить источник помех. Карманные компьютеры последнего поколения делают это намного проще. Например, в дополнение к измерениям спектрограммы и стандартного анализатора спектра, эти приборы могут выполнять измерения для конкретных помех, такие как несущая / шум (C / N) и несущая / помеха (C / I). Математика трассировки (режим сравнения) может помочь вам находить, отслеживать и характеризовать мешающие сигналы. Еще одной особенностью является возможность записи спектра в течение определенного времени. Это позволяет вам обнаруживать прерывистые неисправности и изменения частоты с течением времени. Отличная особенность. Лично я бы пошел на оба: Scope + SA. Это просто делает вашу скамью более полезной, в долгосрочной перспективе.