ZDS2022十全十美示波器之4MptsFFT分析功能

当你读到这里时,或许会问,FFT有什么好讨论的,难道ZDS2022示波器会有什么本质的不同吗?我们不妨简单地回顾一下FFT中几个重要的参数和关系表达式。

采样率:

示波器的采样频率,用Fs表示。ZDS2022示波器每通道均支持1GS/S采样率,下面将以最高采样率1GS/S为基准描述相关的问题;

FFT点数:

与示波器死区时间对应的参数是示波器的波形刷新率,又叫波形捕获率,示波器在特定时基本下的波形刷新率是可通过Trigger Out接口去测得,示波器的波形刷新率越高越好。

波形刷新率F = 1/(t1+t2) (wfms/s)

FFT点数:

示波器用于FFT变换的样本数据个数,用N表示。ZDS2022示波器最大可以执行4M点的实时FFT运算。显然用400万个点做FFT,势必需要相当惊人的运算能力和运算效率;

频率分辨率:

用△f 表示示波器最小能分辨多小的频率。假设频率分辨率为10Hz,则可分辨10Hz、20Hz、30Hz……等10Hz整数倍的频率点,但不能分辨出15Hz、25Hz、37Hz等非整数倍的频率点。频率分辨率的计算公式:△f = Fs / N (1)

当采样率一定时,则只能通过增加FFT点数才能提高频率分辨率,其前提是示波器要有足够的运算能力,且有足够的存储深度,即两者缺一不可。另一种办法是降低采样率,则势必导致无法分析高频信号,在某些情况下并不允许,而且除非是售价几十万和上百万的示波器,一般都无法手动调整示波器的采样频率。

为什么示波器必须做到4兆点的实时FFT呢?

常见的一些示波器,FFT最大只支持8K个点,甚至有些示波器只有1K个点。根据上面的关系表达式可以看出,在1GS/S采样率下,最高频率分辨率只有Fs/N=1GS/S / 8K点 = 125KHz。也就意味着,如果被测信号不是125K的整数倍,则根本无法判断信号频谱。真实世界能有多少个被测信号正好是125KHz整数倍的呢? 因此这种示波器的FFT没有任何实用价值。这也是为什么在其它示波器的宣传资料中,几乎见不到关于FFT性能宣传的根本原因。

由于米乐官方版m6(中国)官方网站IOS/安卓通用版/手机APP对FFT做了大量的深度优化,使得ZDS2022示波器最大可以支持4M点FFT。根据上述的关系表达式,在1GS/S采样率下,FFT的频率分辨率达到了1GS/S / 4M点 = 250Hz。

显然,在1GS/S采样率条件下示波器能够达到这样的频率分辨率,也就是说只要被测信号频率是250Hz的整数倍,ZDS2022仍能准确无误地分辨出来。即便被测信号不是250Hz的整数倍,此时存在频谱泄露,但在250Hz这么小的频率分辨率下,也能较准确地分析出被测信号的大致频点。

综上所述,当在200MHz带宽示波器上实现了4M点的FFT运算时,在1GS/s采样率下FFT的频率分辨率仍达到了250Hz水平,示波器就一定能真正地成为信号分析的利器。