频域测量要点讲解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第5章 频域测量 5.3 傅里叶分析仪 5.3.1 FFT分析仪原理 5.3.2 FFT分析仪的实现 FFT分析仪原理及组成 低通滤波 取样电路 ADC s f FFT 数字信号 处理器 输入 衰减器 显示器 衰减器：调理输入幅度到允许的范围内 低通滤波：滤除允许频率范围之外的高频成分 取样和ADC电路：模拟信号转变为数字信号 微处理器：用FFT算法计算频谱 FFT分析仪的特点 基本特性 FFT 第n个节点对应的频率值为 FFT计算结果的频率范围: 结论： FFT是基带变换，适合处理基带信号 FFT分析之前的数字频带搬移 窄带带通信号 不适于直接用FFT计算频谱 模拟滤波 取样电路 ADC s f FFT 数字信号 处理器 数字滤波 数字正弦波 中频信号 基带信号 f L f H f （ a ） 0 f L f H -f L f f （ b ） （ c ） 0 0 频谱搬移 ADC输出的待测中频带限信号频谱 数字正弦波频谱， fL选中频带限信号截止频率 数字滤波器输出频谱 这个过程也叫数字下变频 降数据率抽取与抗混叠滤波 由fstep=fS/N可知，为提高频谱分辨力，可降低采样速率fS、增加FFT分析点数N 过低的fS会引起频谱混叠、减小分析带宽，导致信噪比下降；FFT的分析点数不能无限增大 解决方案： （1）抽取数字信号以降低数据率 （2）对抽取后数据数字滤波 频谱泄漏及其处理 FFT采用有限长的时间记录进行付氏变换，在总体上不断重复，以代表对实际无限长序列的积分 有限长处理，必然要截断 频谱泄漏 解决办法：加窗处理，减小频谱泄漏 窗函数：汉宁窗、凯塞窗、矩形窗 FFT分析仪的性能指标 频率特性 频率分辨力 ：取决于采样频率和采样点数，Δf=fS/N 频率范围：由采样频率fS决定 幅度特性 动态范围：取决于ADC位数、运算字长或精度 灵敏度：取决于本底噪声，主要由前置放大器噪声决定 幅度读数精度：幅度误差来源包括计算处理误差、频谱混叠误差、频谱泄漏误差等多种系统误差，以及每次单个记录分析所含的统计误差 分析速度 取决于N点FFT的运算时间、平均处理时间及结果处理时间。 其他特性 可选的窗函数种类；数据触发方式；显示方式等 第5章 频域测量 5.3 傅里叶分析仪 5.3.1 FFT分析仪原理 5.3.2 FFT分析仪的实现 1. 硬件实现 可选方案：ASIC、FPGA、DSP 选择准则：可编程性、集成度、开发周期、性能、功耗 可编程性 集成度 开发周期 性能 功耗 ASIC 低 较低 短 最佳 中 FPGA 较高 高 最长 两者相当 低 DSP 最高 高 较长 高 选用哪种方案实现频谱分析？ ASIC：提供有限的可编程性和集成水平，通常可为某项固定功能提供最佳解决方案； FPGA：可为高度并行或涉及线性处理的高速信号处理提供最佳解决方案，如数字滤波器等的设计； DSP：可为复杂决策分析等功能提供最佳可编程解决方案，如FFT这样具有顺序特性的信号处理。 结论：鉴于频谱分析通常需要较高的可编程性，因此使用DSP实现FFT，而使用FPGA实现数字滤波、抽取等其他数字信号处理 2. 软件实现 汇编语言，如DSP汇编语言 高级语言，如CVI提供FFT函数 第5章 频域测量 5.1 频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪 5.4 相位噪声测量 5.5 小结 相位噪声 表征信号短期稳定度，反映频谱纯度 时域中表现为波形过零点抖动，不易辨别 频域中表现为载波的边带，较易测量 单边带相位噪（SSB）： 源信号频谱中，在载波频率的某一固定频偏处的1Hz带宽内的电平幅度，与载波电平幅度之差，单位为dBc（1Hz）或dBc/Hz A A PN A C f T f off 1Hz f 本振信号 测量载波电平幅度AC 测量频偏 foff 处的相位噪声幅度APN 频谱仪测量相位噪声分两步： A(foff)是距载波频偏foff处1Hz带宽内的单边带相位噪声，单位为dBc（1Hz）； AC是载波电平，单位为dBm； APN (foff)是距载波频偏foff处1Hz带宽内的噪声电平，单位为dBm 第5章 频域测量 5.1 频谱分析的基本概念 5.2 扫描式频谱仪 5.3 傅里叶分析仪 5.4 相位噪声测量 5.5 小结 本章小结 时频关系及傅立叶变换的四种形式 滤波式频谱分析仪原理 外差式频谱仪原理 傅立叶分析仪原理 基本概念 分辨力带宽、相位噪声、单边