Oscilloscope avec FFT ou analyseur de spectre?

Quelqu'un pourrait-il m'expliquer s'il vous plaît quelles applications exigent l'une ou l'autre et pourquoi? Pour autant que je sache, tout tourne autour du «dB»; Est-ce vrai? Et pourquoi?

Au début, je peux voir les oscilloscopes à stockage numérique (DSO) avec la fonction FFT et les analyseurs de spectre (SA) comme étant la même chose ... ils obtiendront un signal du domaine temporel et le convertiront en domaine fréquentiel et nous pouvons vérifier tout les harmoniques et les composantes de fréquence d'un signal et l'analyser d'une toute nouvelle façon ....... Mais comme les DSO sont généralement beaucoup moins chers que SA, je continue à me demander quelles fonctionnalités la SA offrira qu'un DSO ne peut pas. S'agit-il de précision, de vitesse de calcul (mon DSO FFT est vraiment lent), de bande passante (les DSO bon marché ne vont généralement que jusqu'à 100 MHz), ou cela dépend-il uniquement des modèles et non d'être un DSO ou un SA? Y a-t-il plus que je ne sais pas et vous pouvez me le dire?

Pour répondre simplement - un oscilloscope est un outil essentiel pour tout laboratoire d'électronique, tandis qu'un SA n'est généralement pas (sauf si vous êtes un ingénieur RF, et même alors vous avez besoin d'une bonne portée) et pour une bonne qualité beaucoup plus cher en comparaison ( bien que Rigol vient de mettre en place des SA assez puissantes à des prix de type de portée décents)
La fonction FFT sur votre DSO moyen fera pour la plupart des travaux, donc à moins que votre gamme de fréquences d'intérêt soit par exemple> 500 MHz ou plus , alors le DSO est l'outil de choix.

Fondamentalement, l'un fait l'amplitude en fonction du temps (portée), et l'autre fait l'amplitude en fonction de la fréquence (SA)

Exemple de portée:
supposons que vous ayez un signal numérique qui fonctionne par intermittence, vous pouvez vérifier la portée et rechercher le dépassement / le sous-dépassement, la sonnerie, le bruit, les gltiches, etc.

(simple) Exemple SA: Supposons que vous ayez un signal et que vous vouliez en vérifier les composants harmoniques, vous pouvez regarder sur l'écran SA et vérifier les harmoniques (par exemple, une onde sinusoïdale pure ne devrait être qu'un seul pic sur l'écran, à c'est la fréquence, une onde carrée serait une série décroissante d'harmoniques impaires)

Onde carrée sur un analyseur de spectre:

Le même signal sur une portée ressemblerait à ceci:

Un oscilloscope avec fonction FFT utilise une analyse mathématique intégrée de la forme d'onde stockée pour calculer le contenu en fréquence et l'amplitude du signal. Il est affiché à l'écran sous forme de graphique fréquence vs amplitude - tout comme un analyseur de spectre.

Un `` vrai '' analyseur de spectre de type analogique, mesure en fait l'amplitude à chaque fréquence (pas) du signal et n'a pas besoin de faire de calcul sur l'amplitude mesurée autre que celle requise pour afficher les valeurs de mesure avec précision à l'écran.

Il est vrai que de nombreux oscilloscopes offrent une fonction FFT - mais à moins que vous n'utilisiez une nouvelle lunette coûteuse - l'affichage résultant est plutôt plus un guide qu'équivalent à un véritable analyseur de spectre.

Cela dit, la nouvelle génération d'instruments numériques combinés offre vraiment les mêmes résultats d'analyse de spectre et mesures d'oscilloscope que les instruments à tâche unique. Cependant, ils ne sont pas bon marché mais sont utiles en ce que le contenu fréquence / analogique peut être synchronisé avec la forme d'onde de l'oscilloscope numérique pour identifier les signaux qui causent des problèmes liés aux RF ou CEM.

Les portées sont généralement numériques maintenant ou DSO et peuvent être achetées de 50 $ à 5 000 $ en fonction des spécifications, des performances et de la bande passante. Ils peuvent être interfacés sur USB, IEEE488, PCI et de nombreux autres ports. Ceux-ci offrent un stockage pour les formes d'onde répétitives et à 1 coup et les fonctions mathématiques.

Les analyseurs de spectre mesurent la densité spectrale et Digital SA utilise la FFT pour calculer le spectre tandis que les RF SA utilisent un balayage balayé à double ou triple conversion comme un tuner TV mais avec des préamplis, des filtres et des convertisseurs de journaux très précis car les mesures sont plus pratiques pour afficher une large plage dynamique telle comme 100 dB. Ils sont utilisés pour les analyseurs sismiques, audio, mécaniques des roulements dans les grandes turbines, la radio, les micro-ondes, le spectre optique et plus encore. Ils peuvent être utiles pour faire des tracés de Bode, des tracés de filtres, des tests d'émanation RF, des tests radio, la conception d'antennes, le radar, la conception cellulaire et la vérification des tests.

Il y a littéralement des milliers d'applications différentes pour les analyseurs de spectre en plus des ingénieurs radio dans tous les domaines de l'industrie où les ingénieurs doivent analyser le spectre dans un appareil particulier, qu'il soit mécanique, optique ou électrique. Je connais un parent de la famille qui en utilise une pour analyser les turbines Gigawatt GE au Japon pour détecter les harmoniques, ce qui est un indicateur fort de la qualité des produits et des facteurs de vieillissement.

Les analyseurs de réseau sont encore plus précis que les SA et ont des générateurs de suivi intégrés avec deux entrées afin qu'une fonction de transfert puisse être mesurée. Ils viennent dans de larges gammes de fréquences et peuvent être utilisés pour mesurer la marge de phase dans SMPS pour les tests de stabilité ou le test PLL ou la perte d'insertion, la perte de retour, les graphiques SMith, etc. et peuvent être aussi précis que 0,1 dB de 0,1 à 50 GHz ou sous-plage d'intérêt comme 0 ~ 1 MHz Celles-ci peuvent coûter 100 000 $ chacune. HP et Anritsu sont les deux principaux fournisseurs en Amérique.

Mais pour l'audio simple, il existe des outils logiciels gratuits pour afficher les signaux audio et l'analyse du spectre en utilisant le MIC, Line IN ou l'audio interne.

Par exemple, Audacity est un programme. J'ai toujours l'ancienne version Cool Edit Pro 2.. Avec l'aimable autorisation de AC-DC (Hell's Bells)

La différence est que l'analyseur de spectre a une interface de mixage lui permettant de décaler la gamme de fréquences qu'il écoute, tandis qu'un oscilloscope reste fixe à l'extrémité inférieure.

Cela signifie qu'il est possible de voir les signaux à des fréquences plus élevées, et en même temps, les signaux en dehors de la zone examinée sont filtrés, de sorte que vous pouvez régler le prédimensionneur ADC pour une meilleure résolution.

D'un autre côté, les mélangeurs n'aiment pas du tout le courant continu, donc dans un travail EE normal, vous ne pourrez pas non plus utiliser un analyseur de spectre à la place d'un oscilloscope.

Les analyseurs de spectre de jour actuels (SA) sont rarement entièrement réglés. La plupart font FFT et assemblent des canaux pour former une plage de fréquences.

Outre une classe de mesure SA moderne telle que l'analyse de signaux vectoriels, n'assemble pas les canaux, mais mesure plutôt la totalité des canaux sur la base du taux d'échantillonnage IF. La bande passante d'analyse, qui se situe généralement autour de [Taux d'échantillonnage IF / 1,25], peut atteindre 1 GHz, pour le SA le plus haut - Keysight UXA .

Portée non exhaustive par rapport au spectre

1. La portée numérise de la bande de base à la plage de fréquences désirée. SA downcovert les signaux RF et numériser à IF
2. La possibilité de numériser à IF permet à SA d'avoir une meilleure résolution verticale. Une résolution verticale de portée est principalement de 8 bits, tandis que SA est jusqu'à 14 bits. (Les concepteurs de numériseurs négocient le taux d'échantillonnage avec une résolution verticale)
3. Une portée est utile pour l'analyse du domaine temporel. Un spectre est meilleur pour l'analyse du domaine fréquentiel. Une SA ayant une meilleure résolution verticale aura de meilleures performances dans le rapport S / N, permettant de voir le signal à un niveau de puissance très faible. Bien que la portée ayant un taux d'échantillonnage plus élevé permettra une meilleure résolution temporelle de certains types de mesure tels que le temps de montée.
4. Une étendue peut être composée de plusieurs ports tandis que SA est un port. Par conséquent, un oscilloscope est capable d'effectuer une comparaison de domaine temporel multicanal, comme la phase, le temps de montée des impulsions, etc.

Ci-dessus: Portée mesurant les impulsions multicanaux

Il y avait quelques différences correctes mentionnées ci-dessus, je vais essayer de systématiser:

1) Bande passante (bande passante de l'oscilloscope généralement plus large, mais la bande de travail ne peut pas être décalée). Par exemple, les modes d'oscilloscope sont: 0-1 kHz, 0-10 kHz, 0-50 kHz, 0-250 kHz, 0-500 kHz, 0-2 MHz, 0-20 MHz, 0-100 MHz, avec un taux d'échantillonnage maximal de 500 MSamp / sec. Quand on regarde la FFT, il ne peut voir que ces bandes 0-100 MHz. L'analyseur de spectre peut avoir une bande passante plus étroite, mais il peut parcourir l'échelle de fréquence: par exemple, la bande passante 40 MHz, la fréquence d'échantillonnage 200 MSamp / sec et les fréquences de travail: 0-6,3 GHz. C'est-à-dire que les modes des analyseurs de spectre seront: 0-40MHz, 10-50MHz, 20-60MHz, 30-70MHz .... 6260..6300MHz. On peut donc voir que SA a un filtre à bande accordable au lieu d'un LPF anti-aliasing dans l'oscilloscope.

2) Plage dynamique. L'ADC d'un analyseur de spectre a une bien meilleure résolution.

3) L'analyseur de spectre possède un amplificateur à faible bruit, l'oscilloscope ne l'a pas. L'amplificateur à faible bruit est un amplificateur spécial à radiofréquence qui fonctionne dans une large gamme de fréquences et ajoute un bruit très faible au signal.

4) L'oscilloscope et l'analyseur de spectre ont différentes façons de configurer les déclencheurs. L'oscilloscope est orienté sur une forme de signal dans le domaine temporel, SA est orienté sur la capture de certaines formes dans le domaine fréquentiel.

5) L'oscilloscope ne peut pas démoduler les signaux, un analyseur de spectre le peut généralement (car il s'agit virtuellement d'un récepteur SDR).

En résumé: un oscilloscope est un millivoltmètre à bande extra-large. L'analyseur de spectre est un récepteur à bande assez étroite, dont l'objectif principal est de convertir les ondes radio en signal de bande de base (composants I et Q) avec le moins de perte et de bruit possible.

Une autre application pour un analyseur de spectre est l'endroit où vous souhaitez traquer une source d'interférence. Les ordinateurs de poche de dernière génération facilitent également les choses. Par exemple, en plus des mesures du spectrogramme et de l'analyseur de spectre standard, ces instruments peuvent effectuer des mesures spécifiques aux interférences telles que la porteuse / bruit (C / N) et la porteuse / interférence (C / I). Une trace mathématique (mode diff) peut vous aider à trouver, surveiller et caractériser les signaux parasites. Une autre caractéristique est la possibilité d'enregistrer le spectre sur une durée spécifiée. Cela vous permet de trouver des défauts intermittents et des variations de fréquence, au fil du temps. Grande fonctionnalité. Personnellement, je choisirais les deux: Scope + SA. Cela rend votre banc plus utile à long terme.