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TEK/泰克频谱分析和时域测量联手解决故障排除问题应用笔 ...
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TEK/泰克频谱分析和时域测量联手解决故障排除问题应用笔记
United
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发表于 2022-10-18 10:16:44
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来自
广东省深圳市
TDS2000C 和 TBS1000 系列
示波器
提供实用的频谱分析以解决具有挑战性的设计问题
工程师和技术人员一直承受着快速解决设计问题的压力,而示波器通常是解决方案的一部分。 这些示波器用户一直在寻找能够让他们对设计问题的症状或原因有不同看法的工具,从而更快地获得他们想要的结果——经过验证的成品。
泰克 TDS2000C 和 TBS1000 系列等最新一代经济型示波器提供内置快速傅里叶变换 (FFT) 频谱分析功能作为标准设备。 借助这项新功能,用户可以获得强大的集成工具,为故障排除和验证工作提供新视角。 在本应用笔记中,我们将讨论 FFT 基础知识并说明它们在解决日常测量问题中的价值。
图 1. 方波信号的时域视图。
图 1. 方波信号的时域视图。
同一信号的两种观点
可以在时域和频域中查看电子信号的行为。每个视图都提供有关构成信号的事件的独特详细信息。时域视图是最基本的示波器测量:信号的变化幅度(映射在垂直轴上)绘制在水平轴上,时间。正弦波、脉冲,甚至不相关的噪声——都是时域视图。在故障排除过程中,这个观点告诉您信号是否存在,以及它的波形是否符合您的电路应该产生的基本幅度和频率特性。
FFT 产生频域测量,称为频谱视图。使用与时域视图相同的信号输入,FFT 重新分配两个轴。现在,垂直轴显示幅度(有时称为幅度,或者,如果包含相位信息,则称为相位),而水平轴显示频率。生成的频谱视图揭示了时域中看不到的事件和趋势。 FFT 可以通过使某些类型的信号错误非常明显来加快您的故障排除速度。
图 2. 方波的频域视图
图 2. 方波的频域视图
频谱或频谱分析?
图 1 和图 2 描绘了方波信号的两个对比视图。
FFT 的频谱分析产生类似于真实频谱分析仪的输出。 然而,这两种技术在一些重要方面有所不同。 频谱分析仪使用模拟混合和滤波将信号成分分类为连续频率图。 由于其模拟、非实时方法(它扫描感兴趣的频带而不是捕获信号),频谱分析仪不会像 FFT 那样跟踪变化的信号。
基于 FFT 的频谱分析是通过对存储的样本进行后处理来产生的。 如果设置正确,这种方法可提供出色的频率分辨率,即使其数字计算的 bin 不如频谱分析仪的无缝。 因为它适用于存储数据的“快照”,所以 FFT 可以更好地跟踪变化的信号。
一些 FFT 基础知识
虽然对 FFT 理论的详细解释超出了本文档的范围,但了解所涉及的基本概念非常重要。傅里叶变换频谱分析是基于这样的理论:所有复杂波都是由各种幅度、相位和频率的正弦波组合而成的。例如,纯方波是一系列正弦波,每个奇次谐波频率都有一个。因此,1 MHz 方波包含 1 MHz、3 MHz、5 MHz 等的正弦分量,幅度依次递减。所有对称波形(如三角波)都表现出相同的谐波分布,但幅度不同。非对称波形(例如具有倾斜占空比的矩形脉冲)也包括偶次谐波。这样的脉冲将呈现 1 MHz、2 MHz、3 MHz、4 MHz、5 MHz 等的分量。
FFT 将时域中的采样信号转换为频域中的一系列频谱峰值,如图 2 所示。在 TDS2000C 和 TBS1000 系列 FFT 中,这些峰值中的每一个都表示幅度(以分贝表示, dB) 表示特定频率的正弦波。分辨率和带宽的通常限制适用,但在这些公差范围内,示波器显示会显示信号中包含的频谱。
FFT 能为您做什么
为什么这些信息如此有用?想象一下,图 2 中的方波 FFT 图像在五次谐波上显示出意想不到的峰值幅度。这可能表明波形中存在不规则或异常(例如,上升沿上几乎无法区分的过冲),或者可能表明来自相邻电路走线上的信号的
串扰
。即使您可能不知道是什么导致了异常峰值,但光谱视图很快揭示了一个在时域视图中可能被忽视的问题。经济高效的泰克 TDS2000C 和 TBS1000 系列示波器为服务技术人员、生产工程师和现场维护团队带来实用的频谱分析。 TDS2000C 和 TBS1000 系列可以轻松检查波形并快速切换到 FFT 视图以获得不同的视角。
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