采樣率:
Fs表示示波器被測信號的采樣頻率。ZDS2000示波器每通道均支持1GS/S采樣率,下面將以*高采樣率1GS/S為基準來(lái)描述相關(guān)的問(wèn)題。
FFT點(diǎn)數:
用N表示示波器用于FFT變換的樣本數據個(gè)數。ZDS2000示波器*大可以執行4M點(diǎn)的實(shí)時(shí)FFT運算。顯然,用400萬(wàn)個(gè)點(diǎn)做FFT,勢必需要相當驚人的運算能力和運算效率。
頻率分辨率:
用 △f 表示示波器*小能分辨多小的頻率。假設頻率分辨率為10Hz,則可分辨出10Hz、20Hz、30Hz……等10Hz整數倍的頻率點(diǎn),但不能分辨出15Hz、25Hz、37Hz等非整數倍的頻率點(diǎn)。如果被測信號中存在15Hz這樣的信號,顯然經(jīng)過(guò)FFT變換后,頻譜上不能出現15Hz這個(gè)頻率點(diǎn),即無(wú)法分析出來(lái)。但該頻點(diǎn)的能量將泄露到旁邊相近的 10Hz 和 20Hz 頻點(diǎn)上,不僅造成15Hz的信號分辨不出來(lái),就是連10Hz和20Hz頻點(diǎn)的幅值也不準確,因為15Hz頻點(diǎn)的能量泄露到這幾個(gè)頻點(diǎn)上去了。其解決的方法唯有進(jìn)一步提高頻率分辨率,比如,提高到5Hz或1Hz或更高(值更低)。當采樣率一定時(shí),則只能通過(guò)增加FFT點(diǎn)數才能提高頻率分辨率,其前提是示波器要有足夠的運算能力,且有足夠的存儲深度,也就是說(shuō),兩者缺一不可。
事實(shí)上,上述FFT中的參數構成了一個(gè)重要關(guān)系式,將貫穿本文整個(gè)關(guān)于FFT的闡述之中:
△f = Fs / N
即頻率分辨率等于采樣率除以FFT點(diǎn)數。為什么示波器必須做到4兆點(diǎn)的實(shí)時(shí)FFT呢?常見(jiàn)的一些示波器,FFT*大只支持8K個(gè)點(diǎn),甚至有些示波器只有1K個(gè)點(diǎn)。根據上面關(guān)系表達式可以看出,*高頻率分辨率只有
Fs/N=1GS/S / 8K點(diǎn) = 125KHz
也就意味著(zhù),如果被測信號不是125K的整數倍,則根本無(wú)法判斷信號頻譜。真實(shí)世界能有多少個(gè)被測信號正好是125K整數倍的呢? 因此這樣的示波器的FFT沒(méi)有任何實(shí)用價(jià)值。這也是為什么你在其它示波器的宣傳資料中幾乎見(jiàn)不到關(guān)于FFT性能宣傳的根本原因!
由于對FFT做了大量的深度優(yōu)化,使得ZDS2000示波器*大可以支持4M點(diǎn)FFT。根據上述的關(guān)系表達式,在1GS/S采樣率下,FFT的頻率分辨率達到了1GS/S / 4M點(diǎn) = 250Hz。顯然,在1GS/S采樣率條件下示波器能夠達到這樣的頻率分辨率,也就是說(shuō),只要被測信號頻率是250Hz的整數倍,則ZDS2000就能準確無(wú)誤地分辨出來(lái)。即便被測信號不是250Hz的整數倍,且存在頻譜泄露,則在250Hz頻率分辨率下,也能較準確地分析出被測信號的大致頻點(diǎn)。
假設被測信號中包含100KHz和150KHz兩種頻率分量,以及其它的一些更高頻率的信號,對于普通示波器來(lái)說(shuō),由于*大只支持8K點(diǎn)FFT,即頻率分辨率只有125KHz,顯然無(wú)法分辨出100KHz和150KHz頻點(diǎn)信號。由于ZDS2000示波器在4M點(diǎn)FFT時(shí)頻率分辨率高達250Hz,則可以準確無(wú)誤地分辨出100KHz和150KHz頻點(diǎn)信號。
假設我們經(jīng)常要分析電路中存在的噪聲,如果示波器的頻率分辨率不夠細,則無(wú)論如何都無(wú)法準確定位噪聲來(lái)源。如果采用ZDS2000示波器進(jìn)行分析,由于ZDS2000示波器在4M點(diǎn)FFT、1GS/S采樣率下頻率分辨率仍能達到250Hz,則經(jīng)過(guò)FFT后就能準確地發(fā)現20KHz的噪聲。由于所用的DC-DC開(kāi)關(guān)頻率正好是20KHz的!,則迅速定位噪聲來(lái)源。
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