示波器和頻譜儀有什么區(qū)別以及用頻譜儀的時(shí)機(jī)分析

菲菲最近出差拜訪了不少電子儀表的用戶，包括高校老師，研發(fā)工程師，生產(chǎn)測(cè)試工程師等等。最常被問(wèn)到兩個(gè)問(wèn)題是：示波器和頻譜儀有什么區(qū)別？我在什么時(shí)候更應(yīng)該用頻譜儀？對(duì)于頻譜儀這樣一個(gè)射頻領(lǐng)域的最基礎(chǔ)最常用儀器，還有這么多人對(duì)它的基本概念和用途感到陌生，菲菲確實(shí)有點(diǎn)詫異滴所，所以呢，就寫(xiě)了點(diǎn)自己的體會(huì)，想和大家一起探討這個(gè)話題。同學(xué)們都知道，對(duì)于一個(gè)電信號(hào)，我們可以從時(shí)間角度（時(shí)域）去描述，也可以從頻率的角度（頻域）去描述。
市面上常見(jiàn)的示波器是都有頻譜顯示功能滴，這個(gè)主要是使用了傅里葉變換（FFT）來(lái)進(jìn)行了時(shí)域和頻域的轉(zhuǎn)換，但示波器的FFT和頻譜儀在射頻測(cè)試應(yīng)用有什么區(qū)別呢？1.適用的信號(hào)類(lèi)型不同：示波器主要用途用來(lái)觀察信號(hào)的時(shí)域特性（也就是電壓隨時(shí)間的變換特性），主要適用于基帶信號(hào)的分析（正弦波，方波，比特流等未調(diào)制信號(hào)），而頻譜儀主要針對(duì)射頻信號(hào)（尤其是帶了調(diào)制的復(fù)雜信號(hào)或者多頻率信號(hào)，這樣的信號(hào)在時(shí)間軸上幾乎看不出任何規(guī)律）的分析。雖然示波器也可以通過(guò)FFT從頻率域的角度顯示信號(hào)，但它的性能指標(biāo)一般不足以分析射頻的，帶調(diào)制的信號(hào)。這個(gè)菲菲下面會(huì)做進(jìn)一步的解釋。2.測(cè)量的帶寬不同：示波器的設(shè)計(jì)主要用于觀察基帶信號(hào)的，所以一般來(lái)說(shuō)帶寬都不是很寬，最常見(jiàn)的是幾十到幾百M(fèi)Hz。當(dāng)然，隨著數(shù)字電路技術(shù)的快速發(fā)展，基帶信號(hào)的速率也在快速提升，所以，一些中高檔的示波器也能到GHz這個(gè)數(shù)量級(jí)。而頻譜儀主要用以分析載波及調(diào)制了的射頻信號(hào)，所以頻譜儀的頻率范圍通常要寬很多，舉例說(shuō)安捷倫的入門(mén)級(jí)頻譜儀N9322C就是7GHz的，高端一點(diǎn)的N9000A CXA是26.5 GHz，更高端的N9030A PXA可以到50 GHz。

3.測(cè)量?jī)?nèi)容不同：示波器觀察的是電壓隨時(shí)間的變換，所以通常看到的是正弦波，方波，比特流等，關(guān)注電壓，周期，上升，下降沿，過(guò)沖，毛刺，以及多路信號(hào)間的時(shí)序等特征。而頻譜儀看的是射頻信號(hào)的功率，頻率，失真（諧波和互調(diào)產(chǎn)物），調(diào)制后的帶寬，泄漏到相鄰信道的大小，噪聲測(cè)試，以及復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的深入分析（調(diào)制度，IQ星座圖，調(diào)制誤差等等）

4.靈敏度不同：示波器看的都是基帶信號(hào)并通過(guò)傳導(dǎo)方式連接，信號(hào)幅度一般都較強(qiáng)，在幾伏，十分之幾或百分之幾伏（功率在毫瓦級(jí)），而頻譜儀很多時(shí)候需要測(cè)量發(fā)射信號(hào)頻譜或從空中接受到的射頻信號(hào)，功率往往比1毫瓦還低數(shù)個(gè)甚至十幾個(gè)十次方的，換算過(guò)來(lái)就是幾微伏甚至更低。5.動(dòng)態(tài)范圍不同：所謂動(dòng)態(tài)范圍，是指同時(shí)觀測(cè)大信號(hào)和小信號(hào)的能力。示波器在觀測(cè)一個(gè)主信號(hào)刻度在伏特級(jí)的信號(hào)的時(shí)候，能方便觀察的的細(xì)微信號(hào)或波動(dòng)在零點(diǎn)幾或零點(diǎn)零幾伏。也就是說(shuō)電壓的十分之或百分之幾的分辨率（功率的百分之或者萬(wàn)分之幾）。而頻譜儀可以同時(shí)觀測(cè)的小信號(hào)可以是大信號(hào)的功率的百萬(wàn)分之一，千萬(wàn)分之一，一億分之一。而在射頻測(cè)量領(lǐng)域，經(jīng)常需要這樣大的動(dòng)態(tài)范圍。好吧，希望菲菲還沒(méi)有把大伙兒說(shuō)暈。。。。。。所以同學(xué)們可以看到，雖然都是信號(hào)分析，但在如下情況的時(shí)候，你可能更需要是一臺(tái)頻譜儀而不是示波器哦：1.關(guān)注的是射頻設(shè)備和射頻信號(hào)測(cè)試（載波以及經(jīng)過(guò)調(diào)制以后信號(hào)），比如測(cè)試射頻收發(fā)信機(jī)2.寬頻段內(nèi)對(duì)未知信號(hào)進(jìn)行檢查，比如空中信號(hào)的成分以及各種射頻干擾，電子產(chǎn)品的的EMC測(cè)試等3.同時(shí)關(guān)注大信號(hào)和微小信號(hào)，比如希望了解發(fā)射機(jī)的信號(hào)的失真，互調(diào)，雜波等。4.關(guān)注毫伏級(jí)以下的弱小信號(hào)的時(shí)候，比如關(guān)注印刷電路板上信號(hào)間的耦合，電源和時(shí)鐘上寄生的雜波等。如下圖所示

前三種應(yīng)用情況是典型的頻譜分析儀的應(yīng)用，而第四種情況并不為所工程師們熟悉，常常是最令電路設(shè)計(jì)工程師頭痛的問(wèn)題。很多時(shí)候，工程師們?cè)谘邪l(fā)后期發(fā)現(xiàn)整機(jī)有問(wèn)題進(jìn)行故障診斷和調(diào)試時(shí)才考慮到這個(gè)。