<track id="7w9q1"></track>
<tt id="7w9q1"><noscript id="7w9q1"><sup id="7w9q1"></sup></noscript></tt>
<ruby id="7w9q1"><meter id="7w9q1"></meter></ruby>

<strong id="7w9q1"><tbody id="7w9q1"><label id="7w9q1"></label></tbody></strong>
      1. <cite id="7w9q1"><address id="7w9q1"></address></cite>
        <rp id="7w9q1"></rp>

        <source id="7w9q1"><meter id="7w9q1"><em id="7w9q1"></em></meter></source>
        <s id="7w9q1"><div id="7w9q1"><font id="7w9q1"></font></div></s>
        <rp id="7w9q1"><menuitem id="7w9q1"><em id="7w9q1"></em></menuitem></rp>
      2. 【理論篇】示波器上的頻域分析利器--時頻域信號分析技術

        2019-06-24 11:05:56 來源:Tektronix
        上一篇文章中主要介紹了Spectrum View的特性,本文將重點介紹Spectrum View的架構及FFT相關的基礎內容,包括數字下變頻技術(DDC)、頻譜泄露效應、時間窗等內容。
         
        圖1. TEK049平臺和超低噪聲前端TEK061

         
        數字下變頻 (DDC)


        基于TEK049/TEK061 創新平臺的Spectrum View頻譜分析功能,采用了數字下變頻技術,得到數字IQ信號后再進行FFT,從而保證了頻譜測試的靈活性和快捷性。圖2給出了信號采集和處理架構示意圖,模擬信號經過ADC轉換為數字信號后,時域和頻域是并行處理的,使得時域和頻域捕獲時間可以獨立設置。



        圖2. TEK049/TEK061信號采集和分析架構示意圖

         
        數字下變頻廣泛應用于無線通信系統中,下變頻的過程如圖3所示,包括數字IQ解調、低通濾波和樣點抽取 (或稱為重采樣) 等功能部分。數字IQ解調器的本振頻率與Spectrum View中設置的中心頻率相同,從而完成載波對消得到零中頻信號;低通濾波器用于濾除高階混頻產物,最后經過樣點抽取得到IQ信號。


        Spectrum View處理的是數字IQ信號,這也是相對于傳統FFT的一大特色。相對于原始采集信號,IQ信號攜帶的頻率要低很多,對IQ數據重采樣無需太高采樣率,大大降低了數據量,而捕獲時間 (Spectrum Time) 又不受影響,即使需要較低的RBW,仍然具有非常高的處理速度。



        圖3. 數字下變頻后得到IQ數據
         


        圖4. 對I/Q樣點數據重采樣示意圖

         
        為了便于理解,圖4給出了對I/Q樣點重采樣的示例,假設重采樣率為原始采樣率的1/5,重采樣的過程就是從5個原始樣點中抽取一個樣點的過程,該過程并沒有改變相對時序關系,這意味著經過樣點抽取后,相同的樣點數目具有更大的Spectrum Time,從而實現高頻率分辨率。


        頻譜泄露 (Spectral Leakage)


        FFT變換是在一定假設下完成的,即認為被處理的信號是周期性的。圖5給出了一正弦信號的采集樣點波形,如果對Frame 1作FFT運算,則會對其進行周期擴展。顯然,在周期擴展的時候,造成了樣點的不連續,樣點不連續等同于相位不連續,這將導致產生額外的頻率成分,該現象稱為頻譜泄露。


        頻譜泄露產生了原本信號中并不包含的頻率成分,如圖6所示,信號的頻率本應只在虛線位置,但由于樣點不連續,FFT之后導致產生了諸多頻率點,如圖所示的實線位置。頻譜泄露會擾亂測試,尤其在觀測小信號時,較強的頻譜泄露成分可能淹沒比較微弱的信號。


        如何避免或者降低頻譜泄露呢?這就需要使用下文介紹的時間窗 (Window) 技術。



        圖5. 正弦信號采集樣點(上)和Frame 1周期擴展波形(下)



        圖6. 樣點不連續導致頻率泄露
        時間窗 (Window)
        如果能夠消除樣點不連續,就可以消除頻譜泄露。為了實現這一點,需要引入時間窗 (Window),時間窗包含的樣點數目與信號相同,而且兩端的樣點值通常為0。在FFT之前,時間窗與波形相乘,周期擴展后可以保證樣點的連續性。

        圖7. 引入時間窗(Kaiser Window)降低了樣點不連續

         
        時間窗相當于一個濾波器,不同的時間窗具有不同的頻響特性,比如邊帶抑制、矩形因子等,相應的幅度測試精度也不同。雖然基于FFT的頻譜分析中沒有IF filter,但是依然有RBW的概念,時間窗就決定了RBW的形狀和大小。


        常見的時間窗類型包括:Kaiser、Rectangular、Hamming、Hanning、Blackman-Harris、Flat-Top等。作為示例,圖8給出了Kaiser時間窗的時域波形及幅頻響應,其中幅頻響應的3dB帶寬即為RBW。


        RBW稱為分辨率帶寬,決定了頻率分辨率,RBW越小,分辨率越高。RBW與時間窗寬度 (即Spectrum Time) 成反比,但即使時間窗寬度相同,不同的時間窗類型對應的RBW也不同,存在一個因子k,并滿足如下關系:


        表格1給出了不同時間窗類型對應的比例因子 (Window Factor)。
         
              
        圖8. Kaiser Window (β=16.7)的時域波形(左)和幅頻響應(右)

        表1. 不同時間窗對應的窗口因子
         

        Spectrum View支持多種時間窗,那么測試時如何選擇時間窗呢?

        不同類型時間窗的應用場合也不相同,應根據待測信號的特點加以選擇。表格2分別從頻譜泄露、幅度測試精度及頻率分辨率三個方面加以對比。值得一提的是,除了Rectangular時間窗,其它窗口類型均適用于寬帶調制、寬帶噪聲信號的頻譜測試。


        表2. 不同時間窗的特點及應用場景
         

        時間窗 頻譜泄露 幅度精度 頻率分辨率 應用場景
        Kaiser 默認窗口類型,較為通用
        Rectangular 極高 非周期信號及低頻信號測試
        Hamming CW及窄帶隨機噪聲測試
        Hanning CW及窄帶隨機噪聲測試
        Blackman-Harris 極低 單載波信號的諧波測試
        Flat-Top 極高 多個相距較遠的CW信號的精確測試
         
         

        小結

        文中介紹得Spectrum View功能,側重描述了所采用的數字下變頻技術及其相對于示波器傳統FFT測試頻譜的優勢。對于FFT過程中可能遇到的頻譜泄露效應,為什么采用時間窗可以進行規避或減弱,時間窗與分辨率帶寬RBW有什么關系,以及測試不同的信號時,應該如何選擇時間窗,這些內容文中都有所描述。通過文中的介紹,可以使用戶更好地理解和掌握Spectrum View的應用。


        1. EETOP 官方微信

        2. 創芯大講堂 在線教育

        3. 創芯老字號 半導體快訊

        相關文章

        全部評論

        • 最新資訊
        • 最熱資訊
        @2003-2022 EETOP

        京ICP備10050787號   京公網安備:11010502037710

        久久精品中文字幕一区

        <track id="7w9q1"></track>
        <tt id="7w9q1"><noscript id="7w9q1"><sup id="7w9q1"></sup></noscript></tt>
        <ruby id="7w9q1"><meter id="7w9q1"></meter></ruby>

        <strong id="7w9q1"><tbody id="7w9q1"><label id="7w9q1"></label></tbody></strong>
          1. <cite id="7w9q1"><address id="7w9q1"></address></cite>
            <rp id="7w9q1"></rp>

            <source id="7w9q1"><meter id="7w9q1"><em id="7w9q1"></em></meter></source>
            <s id="7w9q1"><div id="7w9q1"><font id="7w9q1"></font></div></s>
            <rp id="7w9q1"><menuitem id="7w9q1"><em id="7w9q1"></em></menuitem></rp>