一,， 有了數(shù)字示波器,，我們對(duì)波形的處理就不在單純了，不再只是停留在看看波形形狀,，不再滿足只是測(cè)量幾個(gè)參數(shù)了,。我們總想著對(duì)采下來的數(shù)據(jù)做更多的處理，示波器更準(zhǔn)確的理解,，它更像一個(gè)波形分析儀正是工程師的不滿足,，才有我們不斷追求推動(dòng)極限的動(dòng)力,，因?yàn)槲覀兘?jīng)常低估我們的潛力，極限到底在哪,？到底是誰最先把FFT（快速傅里葉變換）用在數(shù)字示波器里邊呢,，說法很多。好像突然間,，大家在示波器上都發(fā)現(xiàn)有FFT功能了,，而且都是標(biāo)準(zhǔn)配置，雖然都有這個(gè)功能,，但是做成的結(jié)果千差萬別,，速度和指標(biāo)也都各不相同，任何事情開始階段都相同,，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,，誰又在乎示波器在頻域" title="頻域">頻域上的指標(biāo)精度呢,，除了我們可愛的研發(fā)工程師。情況在變化,，很多時(shí)候用戶希望通過一個(gè)儀器來解決所有問題,，因?yàn)檎f實(shí)話，很多工程師沒有條件在桌上擺上電位計(jì),，頻譜儀,，示波器，矢網(wǎng),。多數(shù)情況,，示波器把采集下來的時(shí)域數(shù)據(jù)樣本，進(jìn)行軟件fft運(yùn)算,，變成頻域的樣本,，再通過數(shù)據(jù)重組,，把頻域的樣本顯示出來。

          
            fft的能力取決于一下幾個(gè)指標(biāo): 存儲(chǔ)器大小，軟件運(yùn)算速度,，動(dòng)態(tài)有效位ENOB,
            底噪,。   因?yàn)檫@些指標(biāo)直接決定fft后的刷新速度,，動(dòng)態(tài)范圍" title="動(dòng)態(tài)范圍">動(dòng)態(tài)范圍,，靈敏度，分辨率帶寬   RBW,。
二,， 示波器的fft能解決什么問題呢？
受限于手頭的工具（所有工程師都?jí)粝胱郎蠑[著最先進(jìn)的示波器和頻譜儀）,，而且很多時(shí)候工程師調(diào)試電路時(shí)候需要先定性觀察一下,，fft就成了看頻譜的好工具了,。說實(shí)話，很多廠商fft功能都做得差強(qiáng)人意,，無非兩類原因,，一類是不具備做好的能力,，把頻譜分析做好還是需要很多DSP高手和射頻技術(shù)實(shí)力的,；還有一類是能做好，但是主觀上又不太想把fft做的太強(qiáng),，做得太好,，那我頻譜儀怎么賣啊，這里有個(gè)機(jī)會(huì)成本的問題,。但是fft還是能解決些問題的,，比如看看譜性范圍，看看諧波成分,，看看諧波占比,，粗略看看頻譜干擾等等，但往往也會(huì)帶來些尷尬問題,，比如采樣芯片是由多片疊拼時(shí)候,，就會(huì)暴露疊拼的譜線，處理速度慢得也會(huì)讓人崩潰,，底噪有點(diǎn)太離譜,，抖動(dòng)分量占比有點(diǎn)亂，回避這些問題當(dāng)然會(huì)想出些些好方法,，比如限制fft分析樣本,，這樣不至于長(zhǎng)存儲(chǔ)fft時(shí)死機(jī)，比如波形平均降低些底噪等等,。                           
三,， 示波器的fft是雞肋嗎？
不能不說,，有時(shí)候真是雞肋,，處理速度太慢，稍微大一點(diǎn)樣本就跟死機(jī)差不多,，RBW太離譜,，諧波抑制比很差，噪聲還經(jīng)常把諧波淹沒,，動(dòng)態(tài)范圍也差得不行,。但其實(shí)我們的很多場(chǎng)合，如果fft功能足夠好的話,，就不是雞肋,，是雞腿了,。比如，測(cè)試濾波器和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)（特性曲線）,，分辨和定位噪聲干擾源,，確定亂真輻射，抖動(dòng)分析,，諧波功率分析,，EMI 分析。這么看fft大有用武之地啊,。,。。,。
四,， 我們把示波器上的頻譜分析功能做到極致，怎么做到的,？

首先要把頻譜分析的速度提高上去,，實(shí)時(shí)刷新，所以你看不再忍受示波器fft變換時(shí)候類似死機(jī)一般,，其次我們把RBW做到了高達(dá)1Hz,這個(gè)水平幾乎只有頻譜儀才能做到啊,，我們的界面設(shè)計(jì)和頻譜儀的操作一摸一樣，中心頻率,，頻譜范圍,，起始頻譜，截止頻率" title="截止頻率">截止頻率,，RBW設(shè)置,，窗函數(shù)設(shè)置，把頻譜儀的設(shè)置幾乎全部移植過來了,。
下面從四個(gè)方面論證我們?cè)趺窗裦ft功能做到極致的：
1,， 專用數(shù)字下變頻器 DDC
傳統(tǒng)的做法是，示波器把信號(hào)樣本采集下來,，然后通過軟件算法來進(jìn)行軟件運(yùn)算,，速度非常慢，我們的方式通過專用的硬件加速集成電路(ASIC),，把fft功能交給這個(gè)硬件電路來實(shí)現(xiàn),，速度快到幾乎不影響原始波形的刷新速率。當(dāng)然這個(gè)ASI是需要花大把銀子來研發(fā)的,。核心對(duì)比用到了專用的DDC電路,，我們看看傳統(tǒng)示波器怎么fft的
 
 

我們的示波器fft原理

上圖的對(duì)比可以看出來，在窗函數(shù)之前會(huì)進(jìn)行一個(gè)DDC處理,，通過用戶設(shè)置中心頻率,，設(shè)置初始和截止頻率,，處理的結(jié)果是只對(duì)關(guān)心的頻段，或者說設(shè)定好的頻段進(jìn)行處理,。傳統(tǒng)方式必須對(duì)所有頻段范圍的進(jìn)行fft運(yùn)算,，然后選擇一段頻率來顯示，運(yùn)算的數(shù)據(jù)量非常大,。反過來我們的原理是僅對(duì)你感興趣的頻段或者你選擇的初始頻率和截止頻率范圍內(nèi)進(jìn)行處理,，當(dāng)然極限情況也是選擇全頻段來處理，這樣就有機(jī)會(huì)減少數(shù)量量的處理,，把處理能力集中在DDC之后的范圍內(nèi),。
下面兩張圖更加清晰告訴傳統(tǒng)方式和我們方式的區(qū)別。
           

這種方式帶來兩個(gè)好處：
a) 更快的速度,，變頻到基帶處理會(huì)帶來更高的更新速率和更快的處理速度，節(jié)省處理時(shí)間,。
b) 更好的分辨率帶寬,，因?yàn)闀?huì)用到更好的放大因素。

2,， 硬件加速器的使用
在傳統(tǒng)方案里邊,，一直用軟件處理來實(shí)現(xiàn)的，比如統(tǒng)計(jì)直方圖功能,，模板測(cè)試功能" title="測(cè)試功能">測(cè)試功能,，fft功能。在RS示波器中,，全部用硬件專用電路來實(shí)現(xiàn),，把處理器解放出來，所以在做直方圖功能,，模板測(cè)試功能,，或者是異常消耗資源的fft功能，依然保持很高的刷新速率,，通常都超過60,000次/s,這個(gè)速度,，都超過市場(chǎng)上所有示波器不做任何運(yùn)算時(shí)候的刷新速度。這樣能保證做復(fù)雜波形分析時(shí)候,，仍然很高的刷新速率,，高刷新率保證了實(shí)時(shí)頻譜" title="實(shí)時(shí)頻譜">實(shí)時(shí)頻譜的快速顯示速率。
3,， 交疊fft的算法應(yīng)用
傳統(tǒng)的示波器fft運(yùn)算方式,，采集一段，處理一段,，接著采集,，接著處理,。
 

所以，連續(xù)間斷采集,，連續(xù)處理,，但是偶發(fā)信號(hào)的頻譜也是很容易就丟了，發(fā)現(xiàn)不了,。
 

   RS的示波器在對(duì)采集的樣本進(jìn)行片段處理,，把一次采集的信號(hào)分成很多小段進(jìn)行處理，這樣能看到一次采集里邊的頻譜內(nèi)容變化,。但是光分片段處理還不能避免丟失,，因?yàn)樵趂ft運(yùn)算之前，已經(jīng)有窗函數(shù)的處理,，不可避免的在相鄰兩幀的位置有頻譜信息丟失,，所以我們采取了另外一種更加創(chuàng)新的方法，運(yùn)用了fft的交疊算法,，極大地提高的窗函數(shù)的影響,，以及異常頻譜的丟失。

 
 
借助模擬余輝的顯示,，實(shí)時(shí)頻譜的顯示更加可靠和置信,。

 好處小結(jié)：
a) 有利于異常信號(hào)的監(jiān)測(cè)
b) 顯示短期出現(xiàn)的罕見的事件
c) 提高的頻譜的刷新率（因?yàn)樵谝粠膄ft做完之前，新的一幀的fft已經(jīng)開始）
d) 在一個(gè)fft幀里可以區(qū)分多個(gè)頻譜事件

4,， 類似傳統(tǒng)頻譜儀的控制界面和操控方式
以前的示波器操控方式,，無非是通過調(diào)整采集時(shí)間的長(zhǎng)度來影響分辨率帶寬，然后選擇感興趣的頻段來進(jìn)行觀察?，F(xiàn)在做法是先選擇中心頻率,，或者選擇好起始和截止頻率，通過直接調(diào)整RBW來調(diào)整頻譜觀察方式,，讓習(xí)慣頻譜儀的用戶也習(xí)慣示波器了,。

還有一個(gè)表格幫助理解什么情況下用什么窗函數(shù)。

5,， 借助模板方式,，實(shí)現(xiàn)頻域的觸發(fā)設(shè)置
很多用慣了示波器的人都喜歡示波器的觸發(fā)功能，用各種觸發(fā)方式來隔離各種事件,，穩(wěn)定顯示,，觀察異常。在傳統(tǒng)頻譜儀上是很難實(shí)現(xiàn)觸發(fā)的,，但是當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)示波器的模板觸發(fā)方式,，很容做到，把時(shí)域波形的實(shí)時(shí)頻譜變到頻域來觀察，借助MASK測(cè)試的一些小工具,，居然輕松設(shè)置和輕松觸發(fā),。因?yàn)槟０宓男螤钭杂删庉嫞|發(fā)的動(dòng)作自由組合,，這樣的波形分析已經(jīng)完全跨越的時(shí)域和頻域的使用習(xí)慣,，完全融合了時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)的思維方法了。
 

紅色模板區(qū)域觸發(fā)實(shí)例

五,， 示波器上的頻譜分析發(fā)展趨勢(shì)
示波器的分析速度越來越快,，算法越來越科學(xué)，存儲(chǔ)深度越來越大,，fft功能不再像以前可有可無了,，頻譜分析的能力取決于fft能力，取決于動(dòng)態(tài)范圍,，取決于噪聲大小,。示波器的原理做的頻譜分析，需要增加動(dòng)態(tài)范圍,，無非是在fft之前做一些時(shí)域平均,，降低噪聲，或者增加存儲(chǔ)深度,，提高RBW,降低異步噪聲，達(dá)到提高動(dòng)態(tài)范圍的目的,。
除了把fft功能做好之外,，示波器廠商還要有這樣的胸襟，把技術(shù)融合和技術(shù)進(jìn)步看成機(jī)會(huì),，創(chuàng)新的動(dòng)力總是不斷帶來新的極致,，守不守得住一片江山還得看用戶買不買賬。目標(biāo)是不斷推動(dòng)極限,，不斷替客戶創(chuàng)造新的價(jià)值,。