示波器的FFT功能怎么调？

时间： 2024-01-05 来源：鼎阳科技知乎

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一、前言

信号的频率分量对信号的分析十分重要，对于观察信号的特征不仅仅需要观察时域上波形的特征，还需要在频域上观察该信号的频率分量。

标准的正弦波对应在频域上是一根单独的谱线，而现实使用中却经常会用到复杂的信号，这些信号不仅仅在主频之外还有一些重要的频率分量，为了清晰的观察到复杂信号的特征，这就需要在频谱上观察。而在频域上观察信号不仅仅由频谱仪

来实现，还可以由示波器的FFT计算功能来实现。

二、示波器中的FFT

示波器的带宽定义为在示波器的输入端加上正弦波，它的波形幅度衰减到-3dB(70.7%)时的频率值。通常我们使用示波器需要满足3~5倍的富裕度去测量一个信号，但是也要根据实际情况来观察。一般在测量一个复杂信号的时候，它的频谱成分会很多，这个时候就需要用到我们的频谱分析了，我们需要选择尽可能展示更多信号频率成分的示波器来进行测试。

FFT算法在频谱上实现信号的采样，是对连续的信号进行离散化的采样的过程，因此部分未采集到的时间信号的片段会观察不到，这就是栅栏效应。而当在时域上的采样周期不为整数时，在采样点的上下一个周期间的波形不连续，就会导致频谱的泄露。为了减少这个情况示波器会采用不同类型的窗函数，使用不同窗函数的特点使我们观察使察频谱更加的准确和方便。

在FFT窗口里边可以看见一些参数，如图1，分别是栅栏宽度△f、点数Curr、等效的分辨率带宽RBW和平均次数。频率分辨率等于采样率除以FFT点数Curr，因此可以看出在采样率限定下FFT点数越多频率分辨率越小，展现出来的频谱越好。对于FFT的谱线的间隔描述为‘分辨率带宽’，而分辨率带宽的大小取决于示波器在时域上采集时间的长短以及FFT变化时使用的窗函数类型的参数。分辨率带宽也就是能分辨两个频谱的最小间隔，分辨率带宽和时基成负相关，具体相关程度与FFT选择的不同的窗函数类型的算法有关。

图1 FFT的参数

三、输入信号实例

假设我们测量一个正弦波信号，它的频率是300MHz，并且想要观察该信号的频谱特征，根据奈奎斯特采样定理，为了避免信号的频率混叠，那么至少需要600M的示波器采样率，我们使用SDS2504XPlus此款示波器的采样率为2GSa/s足够测量出信号的频域形状。我们输入一个300MHz 1Vpp正弦波叠加310MHz 500mVpp的正弦信号，此时的频谱分辨率足以分辨出相差10MHz的信号，如图2所示可以观察到300MHz和310MHz的信号，以及他们的谐波成分。

图2 正弦波的FFT

在SIGLENT SDS5000X上接入一个1KHz频率的方波信号，可以观察到在1KHz左右是它的基频，3KHz、5KHz等等是它的3次5次谐波。可以观察到标记了10个峰值，在表格中显示它的各个谐波的频率和幅值，一般而言我们观察方波它的10个谐波大概就足够了。如图3所示可以直观的看见该信号的频率谱。

图3 方波的FFT

因为FFT运算是一种数学运算，所以说在时域上获得的波形数据越多的话测量结果会越准确，那么具体来讲需要设置合适的时基。时基设置的比较小的话，会导致在时域上一屏幕上所捕获到的信号波形太少，使采样的效果并不好，如图4所示:

图4 时基太小

而如果设置的时基比较大的话会降低采样率，同样FFT的效果也不好，如图5所示：

图5 时基太大

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