ZDS2000示波器FFT性能分析

采樣率：
Fs表示示波器被測信號的采樣頻率。ZDS2000示波器每通道均支持1GS/S采樣率，下面將以*高采樣率1GS/S為基準(zhǔn)來描述相關(guān)的問題。
FFT點數(shù)：
用N表示示波器用于FFT變換的樣本數(shù)據(jù)個數(shù)。ZDS2000示波器*大可以執(zhí)行4M點的實時FFT運算。顯然，用400萬個點做FFT，勢必需要相當(dāng)驚人的運算能力和運算效率。
頻率分辨率：
用 △f 表示示波器*小能分辨多小的頻率。假設(shè)頻率分辨率為10Hz，則可分辨出10Hz、20Hz、30Hz……等10Hz整數(shù)倍的頻率點，但不能分辨出15Hz、25Hz、37Hz等非整數(shù)倍的頻率點。如果被測信號中存在15Hz這樣的信號，顯然經(jīng)過FFT變換后，頻譜上不能出現(xiàn)15Hz這個頻率點，即無法分析出來。但該頻點的能量將泄露到旁邊相近的 10Hz 和 20Hz 頻點上，不僅造成15Hz的信號分辨不出來，就是連10Hz和20Hz頻點的幅值也不準(zhǔn)確，因為15Hz頻點的能量泄露到這幾個頻點上去了。其解決的方法唯有進一步提高頻率分辨率，比如，提高到5Hz或1Hz或更高（值更低）。當(dāng)采樣率一定時，則只能通過增加FFT點數(shù)才能提高頻率分辨率，其前提是示波器要有足夠的運算能力，且有足夠的存儲深度，也就是說，兩者缺一不可。
事實上，上述FFT中的參數(shù)構(gòu)成了一個重要關(guān)系式，將貫穿本文整個關(guān)于FFT的闡述之中：
△f = Fs / N
即頻率分辨率等于采樣率除以FFT點數(shù)。為什么示波器必須做到4兆點的實時FFT呢？常見的一些示波器，F(xiàn)FT*大只支持8K個點，甚至有些示波器只有1K個點。根據(jù)上面關(guān)系表達式可以看出，*高頻率分辨率只有
Fs/N=1GS/S / 8K點 = 125KHz
也就意味著，如果被測信號不是125K的整數(shù)倍，則根本無法判斷信號頻譜。真實世界能有多少個被測信號正好是125K整數(shù)倍的呢? 因此這樣的示波器的FFT沒有任何實用價值。這也是為什么你在其它示波器的宣傳資料中幾乎見不到關(guān)于FFT性能宣傳的根本原因！
由于對FFT做了大量的深度優(yōu)化，使得ZDS2000示波器*大可以支持4M點FFT。根據(jù)上述的關(guān)系表達式，在1GS/S采樣率下，F(xiàn)FT的頻率分辨率達到了1GS/S / 4M點 = 250Hz。顯然，在1GS/S采樣率條件下示波器能夠達到這樣的頻率分辨率，也就是說，只要被測信號頻率是250Hz的整數(shù)倍，則ZDS2000就能準(zhǔn)確無誤地分辨出來。即便被測信號不是250Hz的整數(shù)倍，且存在頻譜泄露，則在250Hz頻率分辨率下，也能較準(zhǔn)確地分析出被測信號的大致頻點。
假設(shè)被測信號中包含100KHz和150KHz兩種頻率分量，以及其它的一些更高頻率的信號，對于普通示波器來說，由于*大只支持8K點FFT，即頻率分辨率只有125KHz，顯然無法分辨出100KHz和150KHz頻點信號。由于ZDS2000示波器在4M點FFT時頻率分辨率高達250Hz，則可以準(zhǔn)確無誤地分辨出100KHz和150KHz頻點信號。
假設(shè)我們經(jīng)常要分析電路中存在的噪聲，如果示波器的頻率分辨率不夠細(xì)，則無論如何都無法準(zhǔn)確定位噪聲來源。如果采用ZDS2000示波器進行分析，由于ZDS2000示波器在4M點FFT、1GS/S采樣率下頻率分辨率仍能達到250Hz，則經(jīng)過FFT后就能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)20KHz的噪聲。由于所用的DC-DC開關(guān)頻率正好是20KHz的!，則迅速定位噪聲來源。

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