高通|示波器的扩展用途十大技巧( 三 ) 高通

计算单位为V2/Hz的波形功率谱密度

示波器FFT用对数形式的dBm和dBm/Hz为单位分别显示功率谱和功率谱密度(PSD) 。而诸如噪声分析等应用要求采用V2/Hz 或V/√ Hz等线性单位的功率谱密度。通过使用少量的FFT和重新调整数学函数运算就可以完成线性刻度的功率谱密度测量。图9显示了这种测量的FFT设置。 FFT输出类型被设为平方量级，以便用垂直单位V2显示FFT 。转换到功率谱密度要求FFT归一化为FFT的有效分辨率带宽，也即分辨率带宽(Δf)和所选加权函数的有效噪声带宽ENBW的乘积，详见图9中FFT设置的报告。

图9：曲线C1是捕获到的频带受限的噪声信号。曲线F3是线性垂直刻度单位为V<sup>2</sup>/Hz的功率谱密度。参数P7读取功率谱密度曲线下方的面积，并与时间波形的均方值进行比较，后者是以参数P8中的曲线C1的标准偏差平方值计算的。这种示波器将FFT读作峰值，因此我们还必须将这个值转换回均方值，这意味着将所有幅度值除以2 。归一化是用重新调整数学函数完成的，在本例中是将每个FFT幅度值乘以5×10-6 。结果曲线如图9中的F3所示，读取的功率谱密度的单位是V2/Hz 。参数P2是输入波形C1的标准偏差。这个值在参数P8中进行了平方，是输入信号的均方幅度。参数P7读出功率谱密度曲线(F3)下方的面积为23.3 mV2 。它也报告均方幅度——在本例中从FFT得出的值为23.28 mV2 ，用于确认这个过程。

使用缩放选通式FFT比较频谱分量

偶尔你可能需要对捕获波形的一小部分执行FFT 。这种情况通常是有疑问波形在时间上发生变化时发生的。大多数示波器允许你通过FFT控制中的选通功能或在捕获波形缩放基础上计算FFT来选通FFT过程。记住，不管是哪种情况， FFT分辨率带宽都将被确定为选通信号持续时间的倒数。由于选通部分短于整个波形，分辨率带宽将增加， FFT频率分辨率将降低。图10显示了对一个线性正弦扫描波形进行选通式FFT分析的例子。正弦波的频率在10ms扫描时长内从1MHz变化到80MHz(左上边的曲线M1) 。

在437 μs和1.42 ms点采集了两个时长为5 μs的缩放波形(左中是曲线Z1 ，左下是Z2) 。整个波形的FFT(右上的F1)显示在整个扫描范围内具有统一的幅度。 Z1和Z2的FFT显示了扫描过程中在所选时点的频率。

图10：使用缩放功能选通FFT的例子。在437 μs和1.42 ms处采集的两个5 μs缩放波形显示了作为时间函数的频率的差别。