示波器作為硬件工程師實驗臺上的必備裝備之一,在驗證、調試、測試及測量過程中扮演著至關重要的角色。雖然示波器主要被作為時域測量工具,但其本質上和頻譜儀等頻域測量工具一樣,都是將是模擬信號采樣數字化后進行顯示與分析。時域和頻域只是同一個事物的不同觀察角度,而頻譜儀所做的只是進一步對時域信號進行了變換。因此,目前主流示波器都在經典時域示波器的基礎上加入了頻域分析功能。
示波器和頻譜儀本質上都是對時域信號的采樣數字化。理論上講,頻譜儀所完成的功能示波器也應該能做到。簡單的說就是做一個FFT嘛,這個功能在本科信息專業的實驗課里都寫過這段代碼。于是,大家發現忽然一天幾乎所有廠家的示波器都聲稱有了頻域分析的功能。然而,大多數示波器的頻譜分析功能往往成為工程師眼中的雞肋,大多數人除了買示波器的那一瞬間看應用工程師演示過一遍以外,自己從來沒有在實際工程中使用過這個功能。那么,為什么示波器的頻域分析功能會淪落到這個尷尬的境地呢?示波器是寬帶系統,頻譜儀是窄帶系統示波器是一個低通系統,主流示波器的通帶從DC到幾百MHz、幾GHz、幾十GHz甚至上百GHz不等。頻譜儀是個帶通系統,而目前最先進的、號稱超寬帶頻譜儀的通帶寬帶也只有幾百MHz。帶寬越大意味著系統接收的噪聲越多,相同的信號功率下信噪比就越差,從頻域看來就表現為底噪越高。信號被淹沒在滔滔的噪聲中,自然頻域分析的能力就下降了。示波器的ADC量化精度遠小于頻譜儀的量化精度采樣率和采樣深度(位寬)就像魚和熊掌一樣不可兼得。示波器追求時域的高采樣率,其結果必然以犧牲有效采樣位數為代價。通常高速示波器的位寬只有6~8位,而頻譜儀的位寬往往可以做到12~14位。系統每增加1位量化位數會減小6dB的量化噪聲,因此頻譜儀較示波器又進一步降低了噪聲對信號的影響。因為噪聲在頻譜儀中顯得如此之小,從某個方面講,導致了頻譜儀使用對數坐標來顯示很小的噪聲,而示波器只用線性坐標來表示。
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