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使用 3000T X 系列示波器进行 FFT和脉冲的射频参数测量应用指南

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标签: 3000TFFT脉冲射频参数示波器

在将数字和射频设计推向市场的过程中,示波器的快速傅立叶变换(FFT)功能和各种其他运算功能经证明是极其重要的。例如,示波器的 FFT 功能可以快速突出显示电源上耦合信号的频率分布。反之,此类测量又有助于找出噪声信号的源头。这是非常重要的,因为除非发现并解决了这个问题,否则这些信号可能在设计的其他部分转化为噪声,缩减信号裕量,并可能阻碍设计完成原型验证。

当查看射频信号以验证脉冲特征或调制是否正确时,FFT 频谱视图也是很有用的。时间选通 FFT 甚至能够进一步评测信号的频谱分量,例如哪些频率出现在射频脉冲的特定点上。例如频率测量的“测量趋势”等运算功能,可以快速验证经典的调制方案是否在正确实施,如脉冲串中跨射频脉冲的线性调制频率。

本应用指南将探讨这些实例,并总结了使用 DSO/MSO-X 3000T 系列示波器进行此类测量时的实际注意事项。

文档内容节选

是德科技 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲的射频参数测量 应用指南 引言 在将数字和射频设计推向市场的过程中,示波器的快速傅立叶变换FFT功能和各种其他运算功能经证明 是极其重要的例如,示波器的 FFT 功能可以快速突出显示电源上耦合信号的频率分布反之,此类测量又 有助于找出噪声信号的源头这是非常重要的,因为除非发现并解决了这个问题,否则这些信号可能在设计 的其他部分转化为噪声,缩减信号裕量,并可能阻碍设计完成原型验证 当查看射频信号以验证脉冲特征或调制是否正确时,FFT 频谱视图也是很有用的时间选通 FFT 甚至能够进 一步评测信号的频谱分量,例如哪些频率出现在射频脉冲的特定点上例如频率测量的测量趋势等运算 功能,可以快速验证经典的调制方案是否在正确实施,如脉冲串中跨射频脉冲的线性调制频率 本应用指南将探讨这些实例,并总结了使用 DSOMSOX 3000T 系列示波器进行此类测量时的实际注意事项 03 是德科技 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲射频测量应用指南 使用输入正弦波进行 FFT 测量的简单示例 MSOX 3104T 示波器拥有 1......

是德科技 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲的射频参数测量 应用指南 引言 在将数字和射频设计推向市场的过程中,示波器的快速傅立叶变换(FFT)功能和各种其他运算功能经证明 是极其重要的。例如,示波器的 FFT 功能可以快速突出显示电源上耦合信号的频率分布。反之,此类测量又 有助于找出噪声信号的源头。这是非常重要的,因为除非发现并解决了这个问题,否则这些信号可能在设计 的其他部分转化为噪声,缩减信号裕量,并可能阻碍设计完成原型验证。 当查看射频信号以验证脉冲特征或调制是否正确时,FFT 频谱视图也是很有用的。时间选通 FFT 甚至能够进 一步评测信号的频谱分量,例如哪些频率出现在射频脉冲的特定点上。例如频率测量的“测量趋势”等运算 功能,可以快速验证经典的调制方案是否在正确实施,如脉冲串中跨射频脉冲的线性调制频率。 本应用指南将探讨这些实例,并总结了使用 DSO/MSO-X 3000T 系列示波器进行此类测量时的实际注意事项。 03 | 是德科技 | 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲射频测量——应用指南 使用输入正弦波进行 FFT 测量的简单示例 MSO-X 3104T 示波器拥有 1 GHz 的模拟带宽和高达 5 GSa/s 的采样率,能够执行各种测 量。这两个技术指标均非常重要,将直接关系到哪些测量应用是能够实现的。我们讨论的 第一个测量实例是捕获注入 50 Ω 电阻的 600 MHz、632 mV(峰峰值)、0 dBm、1 mW 正弦波信号(橙色),以及 FFT 结果(白色),如图 1 所示。 图 1. 使用 600 MHz 正弦波输入进行的 200 ns/ 格进行时域捕获以及 FFT 计算结果。 04 | 是德科技 | 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲射频测量——应用指南 有关此 FFT 频谱测量的一些基本原理 有多种因素会影响此类 FFT 测量达到预期的精度和准确度。这些因素将在下文中进行探讨。 我们必须了解示波器的采样特征对于 FFT 测量的质量有什么样的影响。示波器的模拟带宽、 采样率、存储器深度和捕获时间均对于测量结果有着深刻影响,同时这种影响也取决于被 测信号的特征,以及这些信号特征与示波器捕获性能之间的关系。 例如,在这个简单的示例中,我们要测量一个单音频 600 MHz 正弦波信号,并想要观察 此信号的基本频谱特征,示波器必须拥有足够的模拟带宽才不会对信号的幅度造成衰减。 由于这台示波器拥有最大 1 GHz 的模拟带宽,因此足够测量 600 MHz 音频。该测量将证 明时间 / 格设置对于在测量时保持此带宽是非常重要的。 为了避免在信号的数字化过程中发生混叠,采样速度必须至少达到被测信号中任何可感知 频率的两倍。在这个最简单的正弦波示例中,测量这个 600 MHz 正弦波信号需要使用至 少 1.2 GHz 的采样率。显然,本示波器高达 5 GSa/s 的采样率对此测量绰绰有余。但要达 到至少 1.2 GHz 的采样率,示波器的时间 / 格设置必须保持在某个特定范围内。 对这个 600 MHz 正弦波的 FFT 测量能达到什么样的质量呢?让我们回到图 1 中的示波 器 FFT 测量,请注意主要的单频尖峰,其相关的测量游标显示大约 600 MHz 的频率和 0 dBm 的功率。这与预期相吻合。 由 FFT 数据所驱动的 FFT 中的实际谱线之间的间隔称为“分辨率带宽”。因为信号能量 的分布方式,所以它有时也称为频率“分段”宽度。分辨率带宽严格基于采集数据的时间 长度和所选 FFT 窗口类型的因数。此处使用矩形窗口,因数为“1”,因此分辨率带宽就 是记录时间的倒数。在本例中: 分辨率带宽 = 1 / (200 ns/ 格 x 10 格 ) = 500 kHz 因此这个 FFT 能够区分信号频谱中间隔大于 500 kHz 的频率分量 , 而间隔小于 500 kHz 的 频率分量会混成一团无法区分。FFT“分辨率带宽”不应与屏幕上显示的“FFT 分辨率” 数字(153 kHz)相混淆。后者描述的是 FFT 数据中两个 FFT 点之间的实际间隔,但它不 是在既定时间跨度内所获得的实际分辨率带宽。 05 | 是德科技 | 使用 3000T X 系列示波器进行 FFT 和脉冲射频测量——应用指南 屏幕上的缩减时间如何降低 FFT 响应性能 为了证明记录时间对 FFT 结果的重要性,如果时间 / 格放大至 1 ns/ 格,屏幕上只显示 10 ns 的新时间记录,则分辨率带宽会迅速改变为: 分辨率带宽 = 1 / (10 ns) = 100 MHz FFT 结果的巨大变化如图 2 所示,图中更粗糙地显示了 600 MHz 的频域尖峰。显示在此 进行了折衷。现在正在处理的时间采样越少,那么计算出的 FFT 结果的频谱线就越少,分 辨率带宽越差,但是测量速度大大加快。 图 2. 采用 600 MHz 正弦波输入和 1 ns/ 格时的时域捕获结果,以及 FFT 计算结果。 时间 / 格的注意事项 时间 / 格设置如果设置得太小,就会造成屏幕上显示的时间记录太短,时间点太少,从而 降低 FFT 测量的性能(如前面所示);而如果时间 / 格设置得太大,使得屏幕上显示的时 间记录太长,也可能会造成问题,因为示波器会降低采样率以保持良好的吞吐量。 例如,时间 / 格设置可向上平移至 200 ns/ 格,在屏幕上显示 2 μs 的时间记录,在此条件 下,示波器能够保持 5 Gsa/s 的采样率和 1 GHz 的模拟带宽。但是在采用 330 ns/ 格及更 高设置时,采样率就会下降,示波器带宽降低,这样会影响 FFT 结果。
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