Oszilloskop mit FFT oder Spektrumanalysator?

Könnte mir bitte jemand erklären, welche Anwendungen die eine oder andere verlangen und warum? Soweit ich gelesen habe, dreht sich alles um die "dB"; ist das wahr? Und warum?

Zuerst kann ich Digital Storage Oscilloscopes (DSO) mit FFT-Funktion und Spectrum Analyzers (SA) als dasselbe betrachten. Sie erhalten ein Signal aus dem Zeitbereich und wandeln es in den Frequenzbereich um, und wir können alle überprüfen die Oberwellen- und Frequenzkomponenten eines Signals und analysieren es auf völlig neue Weise ....... Da DSOs normalerweise viel billiger als SA sind, frage ich mich immer wieder, welche Funktionen die SA bietet, die ein DSO nicht bieten kann. Geht es um Präzision, Rechengeschwindigkeit (meine DSO-FFT ist sehr langsam), Bandbreite (billige DSOs gehen normalerweise nur bis zu 100 MHz), oder hängt es nur von den Modellen ab und nicht davon, ein DSO oder eine SA zu sein? Gibt es mehr, von denen ich nichts weiß und du kannst es mir sagen?

Um es einfach zu beantworten: Ein Oszilloskop ist ein unverzichtbares Werkzeug für jedes Elektroniklabor, während ein SA im Allgemeinen nicht (es sei denn, Sie sind HF-Ingenieur, und selbst dann benötigen Sie ein gutes Oszilloskop) und für eine gute Qualität ein im Vergleich viel teureres ( obwohl Rigol gerade einige ziemlich leistungsstarke SAs zu angemessenen Preisen herausgebracht hat)
Die FFT-Funktion in Ihrem durchschnittlichen DSO reicht für die meisten Arbeiten aus, es sei denn, Ihr interessierender Frequenzbereich liegt beispielsweise bei> 500 MHz oder so (wenn es uns mitgeteilt wird). Dann ist der DSO das Werkzeug der Wahl.

Grundsätzlich gibt es Amplitude gegen Zeit (Scope) und Amplitude gegen Frequenz (SA).

Beispiel
für ein Oszilloskop: Angenommen, Sie haben ein digitales Signal, das zeitweise funktioniert. Sie könnten das Oszilloskop überprüfen und nach Über- / Unterschreitung, Klingeln, Rauschen, Störungen usw. suchen.

(einfaches) SA-Beispiel: Angenommen, Sie haben ein Signal und möchten dessen harmonische Komponenten überprüfen, Sie können auf dem SA-Bildschirm nach Harmonischen suchen (z. B. sollte eine reine Sinuswelle nur eine einzelne Spitze auf dem Bildschirm sein) es ist die Frequenz, eine Rechteckwelle würde eine abnehmende Reihe von ungeraden Harmonischen sein)

Rechteckwelle auf einem Spektrumanalysator:

Das gleiche Signal auf einem Oszilloskop würde folgendermaßen aussehen:

Ein Oszilloskop mit FFT-Funktion verwendet eine eingebaute mathematische Analyse der gespeicherten Wellenform, um den Frequenzgehalt und die Amplitude des Signals zu berechnen. Es wird wie ein Spektrumanalysator als Frequenz-Amplituden-Diagramm auf dem Bildschirm angezeigt.

Ein "echter" Spektrumanalysator vom analogen Typ misst tatsächlich die Amplitude bei jeder Frequenz (in Schritten) vom Signal und muss keine anderen Berechnungen an der gemessenen Amplitude vornehmen, als die, die erforderlich ist, um die Messwerte genau auf dem Bildschirm anzuzeigen.

Es ist richtig, dass viele Oszilloskope eine FFT-Funktion bieten. Wenn Sie jedoch kein neues, teures Oszilloskop verwenden, ist die resultierende Anzeige eher eine Orientierungshilfe als eine echte Spektrumanalyse.

Die neuere Generation kombinierter digitaler Instrumente bietet jedoch tatsächlich dieselben Spektrumanalyseergebnisse und Oszilloskopmessungen wie Einzelaufgabeninstrumente. Sie sind jedoch nicht billig, aber nützlich, da der Frequenz- / Analoginhalt mit der Wellenform des Digitaloszilloskops synchronisiert werden kann, um die Signale zu identifizieren, die HF-bezogene Probleme oder EMV verursachen.

Bereiche sind normalerweise jetzt digital oder DSO und können je nach Spezifikation, Leistung und Bandbreite zwischen 50 und 5.000 US-Dollar erworben werden. Sie können an USB-, IEEE488-, PCI- und viele andere Ports angeschlossen werden. Diese bieten Speicherplatz für sich wiederholende und 1-Schuss-Wellenformen und mathematische Funktionen.

Spektrumanalysatoren messen die Spektraldichte und Digital SAs verwenden FFT zur Berechnung des Spektrums, während RF SAs wie ein TV-Tuner Abtastung mit doppelter oder dreifacher Konvertierung verwenden, jedoch mit sehr präzisen Vorverstärkern, Filtern und Log-Konvertern, da Messungen für die Anzeige eines breiten Dynamikbereichs, wie z als 100 dB. Sie werden für seismische, akustische und mechanische Lageranalysatoren in großen Turbinen, für Funk, Mikrowellen, optische Spektren und mehr verwendet. Sie können für Bode-Diagramme, Filterdiagramme, HF-Ausstrahlungstests, Funktests, Antennendesign, Radar, Mobilfunkdesign und Testverifizierung nützlich sein.

Es gibt buchstäblich Tausende verschiedener Anwendungen für Spektrumanalysatoren, außer für Funkingenieure in allen Bereichen der Industrie, in denen Ingenieure das Spektrum in einem bestimmten Gerät analysieren müssen, sei es mechanisch, optisch oder elektrisch. Ich kenne einen Familienverwandten, der Gigawatt GE-Turbinen in Japan auf Lageroberwellen analysiert, was ein starker Indikator für Produktqualität und Alterungsfaktoren ist.

Network Analyzer sind noch präziser als SAs und verfügen über integrierte Tracking-Generatoren mit zwei Eingängen, damit eine Übertragungsfunktion gemessen werden kann. Sie sind in weiten Frequenzbereichen verfügbar und können zur Messung der Phasenreserve in SMPS für Stabilitätstests oder PLL-Tests oder Einfügungsdämpfung, Rückflussdämpfung, SMith-Diagramme usw. verwendet werden Unterbereich von Interesse wie 0 ~ 1MHz Diese können jeweils 100.000 USD kosten. HP und Anritsu sind die beiden Top-Lieferanten in Amerika.

Für reines Audio gibt es jedoch kostenlose Software-Tools zur Anzeige von Audiosignalen und zur Spektrumanalyse mithilfe von MIC, Line IN oder internem Audio.

zB Audacity ist ein Programm. Ich habe noch die alte Cool Edit Pro 2. Version. Wellenform mit freundlicher Genehmigung von AC-DC (Hell's Bells)

Der Unterschied besteht darin, dass der Spektrumanalysator über ein Mixer-Frontend verfügt, mit dem sich der Frequenzbereich, den er hört, ändern lässt, während ein Oszilloskop am unteren Ende fixiert bleibt.

Dies bedeutet, dass Signale mit höheren Frequenzen angezeigt werden können und gleichzeitig Signale außerhalb des betrachteten Bereichs herausgefiltert werden, sodass Sie den ADC-Prescaler für eine bessere Auflösung anpassen können.

Auf der anderen Seite mögen Mixer DC überhaupt nicht, so dass Sie bei normaler EE-Arbeit auch keinen Spektrumanalysator anstelle eines Oszilloskops verwenden können.

Derzeitige Tagesspektrumanalysatoren (SA) sind selten voll abgestimmte Geräte. Meist werden FFT- und Stichkanäle zusammengefügt, um eine Frequenzspanne zu bilden.

Neben einer Klasse moderner SA-Messungen wie der Vektorsignalanalyse werden keine Kanäle zusammengefügt, sondern die gesamten Kanäle auf der Grundlage der ZF-Abtastrate gemessen. Die Analysebandbreite, die normalerweise bei [ZF-Abtastrate / 1,25] liegt, beträgt bis zu 1 GHz für das SA- Keysight UXA mit dem höchsten Endwert .

Umfang versus Spektrum nicht erschöpfend

1. Scope Digitalisierung vom Basisband bis zum gewünschten Frequenzbereich. SA wandelt die HF-Signale herunter und digitalisiert bei IF
2. Die Digitalisierung bei IF ermöglicht SA eine bessere vertikale Auflösung. Die vertikale Auflösung eines Oszilloskops beträgt meistens 8 Bit, während die SA bis zu 14 Bit beträgt. (Digitizer-Designer tauschen Abtastrate mit vertikaler Auflösung aus)
3. Ein Bereich ist nützlich für die Zeitbereichsanalyse. Ein Spektrum ist besser für die Frequenzbereichsanalyse. Eine SA mit einer besseren vertikalen Auflösung hat eine bessere Leistung im S / N-Verhältnis, so dass ein Signal bei einem sehr niedrigen Leistungspegel gesehen werden kann. Während ein Oszilloskop mit einer höheren Abtastrate eine bessere zeitliche Auflösung für bestimmte Arten von Messungen wie die Anstiegszeit ermöglicht.
4. Ein Bereich kann mehr als einen Port enthalten, während SA einen Port darstellt. Somit kann ein Oszilloskop einen Mehrkanal - Zeitbereichsvergleich wie Phase, Impulsanstiegszeit usw. Durchführen

Oben: Umfang der Messung von Mehrkanalimpulsen

Es gab ein paar korrekte Unterschiede, die ich zu systematisieren versuchen werde:

1) Bandbreite (die Bandbreite des Oszilloskops ist normalerweise breiter, das Arbeitsband kann jedoch nicht verschoben werden). Das heißt, Oszilloskop-Modi sind beispielsweise: 0-1 kHz, 0-10 kHz, 0-50 kHz, 0-250 kHz, 0-500 kHz, 0-2 MHz, 0-20 MHz, 0-100 MHz-Signale mit einer maximalen Abtastrate von 500 MSamp / s. Wenn man sich FFT anschaut, kann man nur dieses 0-100 MHz Band sehen. Der Spektrumanalysator hat möglicherweise eine schmalere Bandbreite, kann jedoch über die Frequenzskala rollen: z. B. Bandbreite 40 MHz, Abtastfrequenz 200 MSamp / s und Arbeitsfrequenzen: 0 bis 6,3 GHz. Dh Spektrumanalysator-Modi sind: 0-40 MHz, 10-50 MHz, 20-60 MHz, 30-70 MHz .... 6260..6300 MHz. Man kann also sehen, dass SA ein abstimmbares Bandfilter anstelle eines Anti-Aliasing-LPF im Oszilloskop hat.

2) Dynamikbereich. Der ADC eines Spektrumanalysators hat eine viel bessere Auflösung.

3) Der Spektrumanalysator hat einen rauscharmen Verstärker, das Oszilloskop hat ihn nicht. Der rauscharme Verstärker ist ein spezieller Hochfrequenzverstärker, der in einem großen Frequenzbereich arbeitet und dem Signal ein sehr geringes Rauschen verleiht.

4) Oszilloskop und Spektrumanalysator haben verschiedene Möglichkeiten, Trigger einzurichten. Das Oszilloskop orientiert sich an einer Signalform im Zeitbereich, SA orientiert sich an der Erfassung bestimmter Formen im Frequenzbereich.

5) Das Oszilloskop kann keine Signale demodulieren, was ein Spektrumanalysator normalerweise kann (weil es praktisch ein SDR-Empfänger ist).

Zusammenfassend: Ein Oszilloskop ist ein extrabreitbandiges Millivoltmeter. Der Spektrumanalysator ist ein ziemlich schmalbandiger Empfänger, dessen Hauptziel es ist, Funkwellen mit möglichst geringem Verlust und Rauschen in das Basisbandsignal (I- und Q-Komponenten) umzuwandeln.

Eine andere Anwendung für einen Spektrumanalysator ist die Suche nach einer Störquelle. Handhelds der neuesten Generation erleichtern dies ebenfalls erheblich. Beispielsweise können diese Instrumente zusätzlich zu den Spektrogramm- und Standardspektrumanalysatormessungen interferenzspezifische Messungen wie Träger / Rauschen (C / N) und Träger / Interferenz (C / I) durchführen. Eine Trace-Mathematik (Diff-Modus) kann Ihnen helfen, Störsignale zu finden, zu überwachen und zu charakterisieren. Ein weiteres Merkmal ist die Fähigkeit, das Spektrum über einen bestimmten Zeitraum aufzuzeichnen. Auf diese Weise können Sie zeitweise auftretende Fehler und Frequenzschwankungen feststellen. Tolles Feature. Persönlich würde ich beides wählen: Scope + SA. Das macht Ihre Bank auf lange Sicht nur nützlicher.