示波器FFT功能之電源噪聲分析

        一提到電源噪聲，相信就會(huì)引起很多電子工程師的共鳴。我們平時(shí)所說的電源噪聲到底是什么呢?它等同于電源紋波嗎?事實(shí)上，電源噪聲不同于電源紋波，它是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分。而紋波是出現(xiàn)輸出端子間的一種與輸入頻率、開關(guān)頻率同步的成分，是疊加在穩(wěn)定直流信號(hào)上的交流干擾信號(hào)。

　　在電源噪聲的分析過程中，比較經(jīng)典的方法是使用示波器觀察電源噪聲波形并測(cè)量其幅值，據(jù)此判斷電源噪聲的來源。但是隨著數(shù)字器件的電壓逐步降低、電流逐步升高，電源設(shè)計(jì)難度增大，在觀察時(shí)域波形無法定位故障時(shí)，可以通過 FFT(快速傅立葉變換)方法進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，將時(shí)域電源噪聲波形轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行分析。電路調(diào)試時(shí)，從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度分別來查看信號(hào)特征，可以有效地加速調(diào)試進(jìn)程。

　　示波器的頻域分析功能是通過傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的，傅立葉變換的實(shí)質(zhì)是任何時(shí)域的序列都可以表示為不同頻率的正弦波信號(hào)的無限疊加。我們分析這些正弦波的頻率、幅值和相位信息，就是將時(shí)域信號(hào)切換到頻域的分析方法。數(shù)字示波器采樣到的序列是離散序列，所以我們?cè)诜治鲋凶畛Ｓ玫氖强焖俑盗⑷~變換(FFT)。 FFT算法是對(duì)離散傅立葉變換(DFT)算法優(yōu)化而來，運(yùn)算量減少了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并且需要運(yùn)算的點(diǎn)數(shù)越多，運(yùn)算量節(jié)約越大。

　　示波器捕獲的噪聲波形進(jìn)行FFT變換，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：

　　1、根據(jù)耐奎斯特抽樣定律，變換之后的頻譜展寬(Span)對(duì)應(yīng)與原始信號(hào)的采樣率的1/2，如果原始信號(hào)的采樣率為1GS/s，則FFT之后的頻譜展寬最多是500MHz;

　　2、變換之后的頻率分辨率(RBW Resolution Bandwidth)對(duì)應(yīng)于采樣時(shí)間的倒數(shù)，如果采樣時(shí)間為10mS，則對(duì)應(yīng)的頻率分辨率為100Hz;

　　3、頻譜泄漏，即信號(hào)頻譜中各譜線之間相互干擾，能量較低的譜線容易被臨近的高能量譜線的泄漏所淹沒。避免頻譜泄漏可以盡量采集速率與信號(hào)頻率同步，延長(zhǎng)采集信號(hào)時(shí)間及使用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)。

　　電源噪聲測(cè)量時(shí)要求采集的信號(hào)時(shí)間可以足夠長(zhǎng)，可以認(rèn)為覆蓋到了整個(gè)有效信號(hào)的時(shí)間跨度。ZDS2000系列示波器最高標(biāo)配250Mpts存儲(chǔ)深度，在捕獲長(zhǎng)時(shí)間的波形同時(shí)能夠保持高采樣率，同時(shí)，市面上多數(shù)2000系列示波器最大只支持8K樣本點(diǎn)的FFT分析，在1G采樣率的情況下，頻率分辨率僅有125KHz，多數(shù)情況都無法準(zhǔn)確判斷信號(hào)頻譜分布。ZDS2000系列示波器拒絕單純的功能堆砌，內(nèi)部采用了專業(yè)的處理芯片，突破技術(shù)壁壘，將FFT分析點(diǎn)數(shù)升級(jí)至4M樣本點(diǎn)，同樣在1G采樣率的情況下頻率分辨率能精確到250Hz，可以準(zhǔn)確分析出電路中的干擾噪聲來源，大大提高了示波器FFT的實(shí)用價(jià)值。