快速傅里葉變換(fast Fourier transform) 簡(jiǎn)稱FFT, 是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算離散傅里葉變換（DFT)的、快速計(jì)算方法的統(tǒng)稱。快速傅里葉變換是1965年由J.W.庫(kù)利和T.W.圖基提出的。采用這種算法能使計(jì)算機(jī)計(jì)算離散傅里葉變換所需要的乘法次數(shù)大為減少，特別是被變換的抽樣點(diǎn)數(shù)N越多，F(xiàn)FT算法計(jì)算量的節(jié)省就越顯著。

一直以來(lái)，我們接受的教育就是要用FFT來(lái)進(jìn)行頻域信號(hào)的測(cè)試與分析。工作以后我們利用示波器上的FFT功能進(jìn)行頻域信號(hào)測(cè)試。FFT功能在示波器普及率高，易獲取。可以實(shí)現(xiàn)時(shí)域、頻域聯(lián)調(diào)功能，還具備高采樣帶寬。

隨著測(cè)試要求與測(cè)試信號(hào)的復(fù)雜程度的提高，在利用FFT進(jìn)行頻譜分析時(shí)，遇到了很多問(wèn)題。

- FFT測(cè)試需要通過(guò)調(diào)整水平時(shí)基來(lái)改變RBW，在要求RBW很小的測(cè)試場(chǎng)景，需要增大水平時(shí)基，嚴(yán)重影響了示波器處理速度；
- 操作不直觀；
- 無(wú)法在時(shí)域頻域同時(shí)獲得優(yōu)的信號(hào)呈現(xiàn)；
- 動(dòng)態(tài)范圍有限；
- ……

“我在高分辨率的情況下，觀測(cè)更高頻率的信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，采樣率提高，導(dǎo)致采樣時(shí)間受限，無(wú)法捕獲其它感興趣的信號(hào)/事件。同時(shí)導(dǎo)致波形存儲(chǔ)變長(zhǎng)，響應(yīng)變慢；FFT輸入樣點(diǎn)變多也會(huì)嚴(yán)重影響響應(yīng)速度；需要手動(dòng)控制采樣深度，采樣率等等；很難用頻譜縮放展示頻譜范圍。”

這些問(wèn)題都讓我越發(fā)頭疼，如何才能解決這些問(wèn)題呢？

泰克新推出的4系列MSO示波器的Spectrum View功能可以解決這些問(wèn)題！

- 采樣技術(shù)使得時(shí)域頻域控制互不干擾，比傳統(tǒng)FFT更易用
- 可以在兩個(gè)域同時(shí)從不同角度觀測(cè)信號(hào)
- 觀測(cè)頻域信號(hào)在時(shí)間軸上的變化
- 分析信號(hào)/事件在頻域和時(shí)域上發(fā)生時(shí)的相關(guān)性

多通道分析測(cè)試

頻譜應(yīng)用過(guò)程中，Spectrum View與頻譜儀FFT模式下的數(shù)據(jù)處理過(guò)程相同，雖然測(cè)試動(dòng)態(tài)不如頻譜儀，但是Spectrum View有著自己的優(yōu)勢(shì)，比如可以測(cè)試極低頻率的信號(hào)，具有豐富靈活的探測(cè)方式，以及時(shí)頻分析的相關(guān)性。此外，Spectrum View還支持多通道頻譜測(cè)試，這得益于TEK049支持同時(shí)對(duì)每個(gè)通道的信號(hào)作頻譜分析處理。

圖1、同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)通道的時(shí)域波形及頻譜

TEK049的多通道時(shí)域波形顯示方式，所激活的頻譜既可以“堆棧(Stacked) ”顯示，也可以“重疊(Overlay) ”顯示。圖1同時(shí)觀測(cè)了兩個(gè)通道的時(shí)域波形及頻譜，并且采用了重疊顯示，以便于頻譜之間的對(duì)比。所有通道的頻譜共用相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time，這一點(diǎn)與時(shí)域要求多通道間共用采樣率、水平時(shí)基及觸發(fā)類(lèi)似。盡管如此，各個(gè)通道的中心頻率可以獨(dú)立設(shè)置，默認(rèn)是聯(lián)動(dòng)的，也可以根據(jù)需要設(shè)置為不同值。

Spectrum View支持自動(dòng)搜索峰值，多支持11個(gè)Peak Marker，幅值大的頻點(diǎn)自動(dòng)標(biāo)記為“Ref. Marker”，其它Marker的頻點(diǎn)和幅值可以顯示為值，也可以顯示為相對(duì)于“Ref. Marker”的相對(duì)值。如果所需要的Marker數(shù)目超過(guò)限制，還可以通過(guò)使用頻域的cursor確定頻率和幅值。

時(shí)域、頻域的獨(dú)立并行分析

圖2、信號(hào)采集和分析架構(gòu)示意圖

圖2給出了信號(hào)采集和處理架構(gòu)示意圖，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，時(shí)域和頻域是并行處理的，從而可以獨(dú)立設(shè)置時(shí)域和頻域捕獲時(shí)間。Spectrum View支持滑動(dòng)Spectrum Time的位置，對(duì)不同時(shí)段的信號(hào)作頻譜測(cè)試，這使得對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域聯(lián)動(dòng)測(cè)試成為可能。

圖3、時(shí)域、頻域和調(diào)制域聯(lián)動(dòng)分析

圖3給出了一個(gè)跳頻信號(hào)分析結(jié)果，同時(shí)給出了時(shí)域波形、頻譜及跳頻序列的結(jié)果。圖中紅色標(biāo)記處為Spectrum Time，即用于FFT分析的時(shí)間，其位置是可以移動(dòng)的，測(cè)試的頻譜就是當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的頻譜。拖動(dòng)Spectrum Time的位置，可以分別對(duì)不同的頻點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)前觀測(cè)的是頻率切換過(guò)程中的頻譜變化。

無(wú)論與頻譜儀比較，還是與示波器傳統(tǒng)的FFT方法相比，Spectrum View都具有自己的特色：

· Spectrum View使得時(shí)、頻域捕獲時(shí)間相互獨(dú)立，當(dāng)設(shè)置較小的RBW時(shí)依然可以保證示波器的處理速度；
· Spectrum View具有標(biāo)準(zhǔn)頻譜儀的操作設(shè)置，更友好的交互界面，可以直接設(shè)置中心頻率、Span、RBW及時(shí)域窗口的類(lèi)型；
· Spectrum View支持豐富的探測(cè)方式，且能夠測(cè)試極低頻率信號(hào)頻譜，是普通頻譜儀所不能及的；
· 支持多通道時(shí)、頻域聯(lián)合分析，而且支持觸發(fā)捕獲，使其可以分析瞬態(tài)或者間歇性信號(hào)的頻譜；
· 支持多種時(shí)間窗類(lèi)型，可以根據(jù)待測(cè)信號(hào)的特性進(jìn)行選擇，以保證測(cè)試結(jié)果的性；
· 支持峰值自動(dòng)搜索功能，可以設(shè)定峰值搜索閾值，可顯示多達(dá)11個(gè)Peak Marker；
· 支持Normal、Max. Hold、Min. Hold以及Average等四種跡線顯示模式；
· 當(dāng)顯示多個(gè)通道的頻譜時(shí)，既可以“堆棧(Stacked) ”顯示，也可以“重疊(Overlay) ”顯示；
· 所有通道具有相同的Span、RBW、FFT Window及Spectrum Time，但中心頻率可以獨(dú)立設(shè)定。

查看Spectrum View和FFT功能的對(duì)比視頻，您將學(xué)習(xí)使用頻譜視圖和使用傳統(tǒng)示波器FFT的區(qū)別，頻譜視圖可以做什么，例如，了解信號(hào)在時(shí)域和頻域的相關(guān)性，但使用FFT無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。