Osiloskop dengan FFT atau Spectrum Analyzer?

Bisakah seseorang menjelaskan kepada saya tolong aplikasi mana yang menuntut satu atau yang lain dan mengapa? Sejauh yang saya baca, ini semua tentang 'dB'; Benarkah itu? Dan mengapa?

Pada awalnya saya dapat melihat Digital Storage Oscilloscopes (DSO) dengan fungsi FFT dan Spectrum Analyzers (SA) sebagai hal yang sama ... mereka akan mendapatkan sinyal dari Domain Waktu, dan mengubahnya menjadi Domain Frekuensi dan kita dapat memeriksa semua komponen harmonisa dan frekuensi dari suatu sinyal dan menganalisanya dengan cara yang sama sekali baru ....... Tetapi karena DSO biasanya jauh lebih murah daripada SA, saya terus bertanya-tanya fungsi apa yang akan ditawarkan SA yang tidak bisa dilakukan oleh DSO. Apakah itu tentang presisi, kecepatan perhitungan (DSO FFT saya benar-benar lambat), bandwidth (DSO murah biasanya hanya mencapai 100MHz), atau apakah itu hanya tergantung pada model dan bukan menjadi DSO atau SA? Apakah ada lagi yang tidak saya ketahui dan Anda dapat memberi tahu saya?

Untuk menjawab secara sederhana - osiloskop adalah alat penting untuk laboratorium elektronik mana pun, sedangkan SA pada umumnya tidak (kecuali Anda seorang insinyur RF, dan meskipun demikian Anda memerlukan ruang lingkup yang baik) dan untuk kualitas yang baik, yang jauh lebih mahal dibandingkan ( meskipun Rigol baru saja mengeluarkan beberapa SA yang sangat kuat dengan harga tipe ruang lingkup yang layak)
Fungsi FFT pada DSO rata-rata Anda akan berfungsi untuk sebagian besar pekerjaan, jadi kecuali rentang frekuensi yang Anda minati adalah mis.> 500MHz atau lebih (jika itu beri tahu kami) , maka DSO adalah alat pilihan.

Pada dasarnya satu tidak amplitudo terhadap waktu (ruang lingkup), dan yang lain tidak amplitudo versus frekuensi (SA)

Contoh
cakupan : Katakanlah Anda memiliki sinyal digital yang sesekali bekerja, Anda dapat memeriksa ruang lingkup dan mencari over / undershoot, dering, derau, gltiches, dll.

(sederhana) Contoh SA: Katakanlah Anda memiliki sinyal dan Anda ingin memeriksa komponen harmoniknya, Anda dapat melihat pada layar SA dan memeriksa harmonik (misalnya gelombang sinus murni seharusnya hanya satu lonjakan tunggal pada layar, pada frekuensinya, gelombang persegi akan menjadi rangkaian penurunan harmonisa ganjil)

Gelombang persegi pada Analyzer Spectrum:

Sinyal yang sama pada lingkup akan terlihat seperti ini:

Osiloskop dengan fungsi FFT menggunakan analisis matematis dari bentuk gelombang yang tersimpan untuk menghitung konten frekuensi dan amplitudo sinyal. Ini ditampilkan di layar sebagai grafik frekuensi vs amplitudo - seperti halnya penganalisa spektrum.

Sebuah penganalisa spektrum tipe analog 'benar', sebenarnya mengukur amplitudo pada setiap frekuensi (langkah) dari sinyal dan tidak perlu melakukan matematika pada amplitudo yang diukur selain yang diperlukan untuk menunjukkan nilai pengukuran secara akurat di layar.

Memang benar bahwa banyak osiloskop menawarkan fungsi FFT - tetapi kecuali jika Anda menggunakan ruang lingkup baru yang mahal - tampilan yang dihasilkan lebih merupakan panduan daripada setara dengan penganalisa spektrum nyata.

Yang mengatakan - generasi baru dari instrumen digital gabungan benar-benar menawarkan hasil analisis spektrum yang sama dan pengukuran osiloskop seperti instrumen tugas tunggal. Mereka tidak murah namun berguna dalam hal frekuensi / konten analog dapat disinkronkan dengan bentuk gelombang osiloskop digital untuk mengidentifikasi sinyal-sinyal yang menyebabkan masalah terkait RF atau EMC.

Cakupan biasanya digital sekarang atau DSO dan dapat dibeli dari $ 50 hingga $ 5K tergantung pada spesifikasi, kinerja, bandwidth. Mereka dapat dihubungkan pada USB, IEEE488, PCI dan banyak port lainnya. Ini menawarkan penyimpanan untuk bentuk gelombang dan fungsi matematika berulang dan 1 shot.

Analyzer Spectrum mengukur Densitas Spektrum dan Digital SA menggunakan FFT untuk menghitung spektrum sedangkan RF SA menggunakan konversi dual atau triple menyapu pemindaian seperti TV tuner tetapi dengan preamp, filter dan konverter Log yang sangat tepat karena pengukuran lebih mudah untuk menampilkan rentang dinamis yang luas seperti 100 dB. Mereka digunakan untuk analisa seismik, audio, bantalan mekanis pada turbin besar, radio, microwave, spektrum optik dan banyak lagi. Mereka dapat berguna untuk melakukan plot Bode, plot filter, uji emanasi RF, uji radio, desain antena, Radar, desain Seluler dan verifikasi uji.

Ada ribuan aplikasi yang berbeda untuk Spectrum Analyzers selain untuk Insinyur Radio di semua bidang Industri di mana Insinyur perlu menganalisis spektrum dalam perangkat tertentu, apakah itu mekanik, optik, atau listrik. Saya tahu satu keluarga kerabat yang menggunakannya untuk menganalisis turbin Gigawatt GE di Jepang untuk bearing harmonik, yang merupakan indikator kuat kualitas produk dan faktor penuaan.

Analisis Jaringan bahkan lebih tepat daripada SA dan memiliki generator pelacakan built-in dengan input ganda sehingga Fungsi transfer dapat diukur. Mereka datang dalam rentang frekuensi yang luas dan dapat digunakan untuk mengukur batas fasa dalam SMPS untuk uji stabilitas atau uji PLL atau kerugian sisipan, Rugi pengembalian, Bagan SMith, dll. Dan dapat seakurat 0,1dB dari 0,1 hingga 50 GHz atau sub-range minat seperti 0 ~ 1MHz Ini dapat biaya $ 100K masing-masing. HP dan Anritsu adalah dua pemasok teratas di Amerika.

Tetapi untuk audio biasa, ada alat perangkat lunak gratis untuk menampilkan sinyal Audio dan Analisis Spektrum menggunakan MIC, Line IN atau audio internal.

mis. Audacity adalah satu program. Saya masih memiliki Cool Edit Pro 2. Versi lama. Kesopanan bentuk gelombang dari AC-DC (Hell's Bells)

Perbedaannya adalah bahwa penganalisis spektrum memiliki frontend mixer yang memungkinkannya untuk menggeser rentang frekuensi yang sedang didengarnya, sementara osiloskop tetap terpasang di ujung bawah.

Ini berarti bahwa ada kemungkinan untuk melihat sinyal pada frekuensi yang lebih tinggi, dan pada saat yang sama, sinyal di luar area yang dilihat disaring, sehingga Anda dapat menyesuaikan prescaler ADC untuk resolusi yang lebih baik.

Di sisi lain, mixer tidak menyukai DC sama sekali, jadi dalam kerja EE normal, Anda tidak akan dapat menggunakan penganalisis spektrum sebagai pengganti osiloskop.

Penganalisa spektrum hari ini (SA) jarang sekali sepenuhnya disempurnakan. Sebagian besar melakukan FFT dan menjahit saluran bersama untuk membentuk rentang frekuensi.

Selain kelas pengukuran SA modern seperti Analisis Sinyal Vektor, tidak menjahit saluran, melainkan mengukur seluruh saluran berdasarkan laju pengambilan sampel IF. Bandwidth analisis, yang biasanya sekitar [IF sampling rate / 1,25] hingga 1 GHz, untuk SA tertinggi - Uight Keysightight .

Tidak lengkap ruang lingkup vs spektrum

1. Lingkup digitasi dari baseband ke rentang frekuensi keinginan. SA menurunkan sinyal RF dan mendigitalkan pada IF
2. Mampu mendigitalkan di IF memungkinkan SA memiliki resolusi vertikal yang lebih baik. Resolusi ruang lingkup vertikal sebagian besar 8 bit, sedangkan SA hingga 14 bit. (Desainer Digitizer memperdagangkan tingkat pengambilan sampel dengan resolusi vertikal)
3. Lingkup berguna untuk analisis domain waktu. Spektrum lebih baik untuk analisis domain frekuensi. SA yang memiliki resolusi vertikal yang lebih baik akan memiliki kinerja yang lebih baik dalam rasio S / N, memungkinkan seseorang untuk melihat sinyal pada tingkat daya yang sangat rendah. Sementara ruang lingkup yang memiliki laju pengambilan sampel yang lebih tinggi akan memungkinkan resolusi waktu yang lebih baik dari jenis pengukuran tertentu seperti waktu naik.
4. Lingkup bisa lebih dari satu port sementara SA adalah satu port. Karenanya ruang lingkup dapat melakukan perbandingan domain waktu multi saluran seperti fase, waktu naik pulsa ... dll

Atas: Cakupan pengukuran pulsa multi-saluran

Ada beberapa perbedaan yang benar yang disebutkan di atas, saya akan mencoba untuk membuat sistem:

1) Bandwidth (Bandwidth osiloskop biasanya lebih lebar, tetapi pita kerja tidak dapat digeser). Yaitu misalnya mode Oscilloscope adalah: 0-1kHz, 0-10kHz, 0-50kHz, 0-250kHz, 0-500kHz, 0-2MHz, 0-20MHz, 0-100MHz, sinyal 0-100MHz, memiliki laju sampel maks pada 500 MSamp / detik. Ketika seseorang melihat FFT, ia hanya dapat melihat band 0-100 MHz ini. Spectrum Analyzer mungkin memiliki bandwidth yang lebih sempit, tetapi dapat bergulir melintasi skala frekuensi: misalnya, bandwidth 40 MHz, frekuensi pengambilan sampel 200 MSamp / detik, dan frekuensi kerja: 0-6,3 GHz. Yaitu mode analisa Spektrum akan menjadi: 0-40MHz, 10-50MHz, 20-60MHz, 30-70MHz .... 6260..6300MHz. Jadi orang dapat melihat, bahwa SA memiliki filter band merdu bukannya anti-aliasing LPF dalam osiloskop.

2) Rentang dinamis. ADC penganalisis spektrum memiliki resolusi yang jauh lebih baik.

3) Penganalisis spektrum memiliki penguat derau rendah, osiloskop tidak memilikinya. Penguat derau rendah, adalah penguat frekuensi radio khusus, yang bekerja dalam rentang frekuensi besar, menambah derau sinyal yang sangat rendah.

4) Osiloskop dan penganalisis spektrum memiliki cara berbeda untuk mengatur pemicu. Osiloskop berorientasi pada bentuk sinyal dalam domain waktu, SA berorientasi menangkap bentuk-bentuk tertentu dalam domain frekuensi.

5) Osiloskop tidak dapat mendemodulasi sinyal, biasanya penganalisa spektrum dapat (karena sebenarnya merupakan penerima SDR).

Meringkas: osiloskop adalah milivoltmeter pita ekstra lebar. analyzer spektrum adalah penerima pita yang cukup sempit, yang tujuan utamanya untuk mengubah gelombang radio menjadi sinyal pita dasar (komponen I dan Q) dengan kehilangan dan kebisingan serendah mungkin.

Aplikasi lain untuk penganalisis spektrum adalah di mana Anda ingin memburu sumber gangguan. Handheld gen terbaru juga membuat ini jauh lebih mudah. Misalnya, selain pengukuran spektrogram dan penganalisis spektrum standar, instrumen ini dapat melakukan pengukuran khusus-gangguan seperti pembawa / derau (C / N) dan pembawa / gangguan (C / I). Jejak matematika (mode diff) dapat membantu Anda menemukan, memantau, dan mengkarakterisasi sinyal yang mengganggu. Fitur lain adalah kemampuan untuk merekam spektrum selama waktu tertentu. Ini memungkinkan Anda untuk menemukan kesalahan intermiten dan variasi frekuensi, dari waktu ke waktu. Fitur hebat. Secara pribadi, saya akan memilih keduanya: Cakupan + SA. Itu hanya membuat bangku Anda lebih berguna, jangka panjang.