如何把示波器上的FFT做到極致

示波器上的FFT是什么？

        有了數字示波器，我們對波形的處理就不再單純了，不再只是停留在看看波形，不再滿(mǎn)足只是測量幾個(gè)參數。我們總想對采樣下來(lái)的數據做更多的處理。其實(shí)，準確地理解，示波器更像一個(gè)波形分析儀。正是工程師的不滿(mǎn)足，才有我們不斷追求推動(dòng)極限的動(dòng)力，因為我們經(jīng)常低估自己的潛力。極限到底在哪兒？到底是誰(shuí)最先把FFT(快速傅里葉變換)用在數字示波器里邊？說(shuō)法很多。好像突然間，大家在示波器上都發(fā)現有FFT功能了，而且都是標準配置。雖然都有FFT功能，但是做成的結果千差萬(wàn)別，速度和指標也都各不相同。任何事情開(kāi)始階段都相同，都先追求有，再談差異化，況且示波器本身是個(gè)定性的工具，誰(shuí)又在乎示波器在頻域上的指標精度呢，除了我們可愛(ài)的研發(fā)工程師。

        情況在變化，很多時(shí)候用戶(hù)希望通過(guò)一個(gè)儀器來(lái)解決所有問(wèn)題，因為說(shuō)實(shí)話(huà)，不是所有工程師都有條件在桌上擺上電位計、頻譜儀、示波器、矢網(wǎng)。多數情況，示波器把采集下來(lái)的時(shí)域數據樣本進(jìn)行軟件FFT運算，變成頻域的樣本，再通過(guò)數據重組，把頻域的樣本顯示出來(lái)。圖1就示意了時(shí)域顯示轉換成頻域顯示的例子。

        FFT的能力取決于以下幾個(gè)指標: 存儲深度大小，軟件運算速度，動(dòng)態(tài)有效位(ENOB, effective number of bits)，底噪。因為這些指標直接決定FFT后的刷新速度，動(dòng)態(tài)范圍，靈敏度，分辨率帶寬RBW。

示波器的FFT能解決什么問(wèn)題？

        受限于手頭的工具(所有工程師都夢(mèng)想桌上擺著(zhù)最先進(jìn)的示波器和頻譜儀)，而且很多時(shí)候工程師調試電路的時(shí)候需要先定性觀(guān)察一下，FFT就成了看頻譜的好工具了。說(shuō)實(shí)話(huà)，很多廠(chǎng)商FFT功能做得差強人意，無(wú)非兩類(lèi)原因，一類(lèi)是不具備做好的能力，把頻譜分析做好還是需要很多DSP(數字信號處理)高手和射頻技術(shù)實(shí)力的；還有一類(lèi)是能做好，但是主觀(guān)上又不太想把FFT做得太強大——那我頻譜儀怎么賣(mài)啊，這里有個(gè)機會(huì )成本的問(wèn)題。但是FFT還是能解決部分問(wèn)題的，比如看看諧波頻率范圍、諧波成分、諧波占比、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍，粗略看看頻譜干擾等等，但往往也會(huì )帶來(lái)些尷尬問(wèn)題，比如采樣芯片是由多片疊拼時(shí)，就會(huì )暴露疊拼的譜線(xiàn)，處理速度慢得也會(huì )讓人崩潰，底噪太大，有點(diǎn)太離譜，抖動(dòng)分量占比有點(diǎn)亂。想回避這些問(wèn)題當然會(huì )想出些好方法，比如限制FFT分析樣本，這樣不至于長(cháng)存儲FFT時(shí)死機，比如波形平均降低些底噪等等。