Osciloscópio com FFT ou um analisador de espectro?

Alguém poderia me explicar quais aplicativos exigem um ou outro e por quê? Tanto quanto eu li, é tudo sobre o 'dB'; isso é verdade? E porque?

No começo, vejo os osciloscópios de armazenamento digital (DSO) com a função FFT e os analisadores de espectro (SA) como sendo a mesma coisa ... eles receberão um sinal do domínio de tempo e o converterão no domínio de frequência e podemos verificar tudo os componentes harmônicos e de frequência de um sinal e analisá-lo de uma maneira totalmente nova ....... Mas como os DSOs geralmente são muito mais baratos que o SA, fico imaginando que funcionalidades o SA oferecerá que um DSO não pode. Trata-se de precisão, velocidade de cálculo (meu DSO FFT é realmente lento), largura de banda (DSOs baratos geralmente chegam apenas a 100MHz) ou depende apenas dos modelos e não de ser um DSO ou um SA? Há mais do que eu não conheço e você pode me dizer?

Para responder com simplicidade - um osciloscópio é uma ferramenta essencial para qualquer laboratório de eletrônica, enquanto um SA geralmente não é (a menos que você seja um engenheiro de RF e, mesmo assim, precise de um bom escopo) e de uma qualidade muito mais cara em comparação ( embora a Rigol tenha acabado de lançar algumas SAs bastante poderosas a preços decentes do tipo de escopo)
A função FFT no seu DSO médio servirá para a maioria do trabalho, portanto, a menos que sua faixa de interesse seja, por exemplo,> 500 MHz ou mais (se assim for, avise-nos) , o DSO é a ferramenta de sua escolha.

Basicamente, um faz amplitude versus tempo (escopo) e o outro faz amplitude versus frequência (SA)

Exemplo de escopo:
digamos que você tenha um sinal digital funcionando intermitentemente, verifique o escopo e procure over / undershoot, toque, ruído, gltiches etc.

(simples) exemplo de SA: digamos que você tenha um sinal e deseje verificar os componentes harmônicos, você pode olhar na tela do SA e verificar harmônicos (por exemplo, uma onda senoidal pura deve ser apenas um pico na tela, em sua frequência, uma onda quadrada seria uma série decrescente de harmônicos ímpares)

Onda quadrada em um analisador de espectro:

O mesmo sinal em um escopo ficaria assim:

Um osciloscópio com função FFT usa análises matemáticas integradas da forma de onda armazenada para calcular o conteúdo da frequência e a amplitude do sinal. Ele é exibido na tela como um gráfico de frequência versus amplitude - assim como um analisador de espectro.

Um analisador de espectro do tipo analógico 'verdadeiro', na verdade mede a amplitude em cada frequência (etapas) do sinal e não precisa fazer cálculos na amplitude medida além da necessária para mostrar os valores de medição com precisão na tela.

É verdade que muitos osciloscópios oferecem uma função FFT - mas, a menos que você esteja usando um novo escopo caro - a exibição resultante é mais um guia do que equivalente a um analisador de espectro real.

Dito isto - a nova geração de instrumentos digitais combinados realmente oferece os mesmos resultados de análise de espectro e medidas de osciloscópio que os instrumentos de tarefa única. No entanto, eles não são baratos, mas são úteis, pois o conteúdo de frequência / analógico pode ser sincronizado com a forma de onda do osciloscópio digital para identificar os sinais que estão causando problemas relacionados à RF ou EMC.

Os escopos são tipicamente digitais agora ou DSO e podem ser comprados entre US $ 50 e US $ 5 mil, dependendo das especificações, desempenho e largura de banda. Eles podem ter interface com USB, IEEE488, PCI e muitas outras portas. Eles oferecem armazenamento para formas de onda repetitivas e de 1 disparo e funções matemáticas.

Os analisadores de espectro medem a densidade espectral e a Digital SA usa a FFT para calcular o espectro, enquanto a RF SA usa a varredura de conversão dupla ou tripla como um sintonizador de TV, mas com pré-amplificadores, filtros e conversores de log muito precisos, pois as medições são mais convenientes para exibir uma ampla faixa dinâmica, como como 100 dB. Eles são usados ​​para analisadores sísmicos, de áudio e de rolamentos mecânicos em grandes turbinas, rádio, microondas, espectro óptico e muito mais. Eles podem ser úteis para realizar plotagens Bode, plotagens de filtros, teste de emanação de RF, testes de rádio, design de antena, radar, design de celular e verificação de teste.

Existem literalmente milhares de aplicações diferentes para os analisadores de espectro, além dos engenheiros de rádio em todos os campos da indústria, onde os engenheiros precisam analisar o espectro em um dispositivo específico, seja ele mecânico, óptico ou elétrico. Conheço um parente da família que usa um para analisar as turbinas Gigawatt GE no Japão em busca de harmônicas de rolamentos, que é um forte indicador da qualidade do produto e dos fatores de envelhecimento.

Os analisadores de rede são ainda mais precisos que os SAs e possuem geradores de rastreamento integrados com duas entradas para que uma função de transferência possa ser medida. Eles vêm em amplas faixas de frequência e podem ser usados ​​para medir a margem de fase no SMPS para testes de estabilidade ou teste PLL ou perda de inserção, perda de retorno, SMith Charts etc. e podem ser tão precisos quanto 0,1 dB de 0,1 a 50 GHz ou um sub-intervalo de interesse como 0 ~ 1MHz Estes podem custar US $ 100 mil cada. HP e Anritsu são os dois principais fornecedores na América.

Porém, para áudio simples, existem ferramentas de software gratuitas para exibir sinais de áudio e análise de espectro usando o MIC, Line IN ou áudio interno.

por exemplo, o Audacity é um programa. Eu ainda tenho a versão antiga do Cool Edit Pro 2.. Forma de onda cortesia de AC-DC (Hell's Bells)

A diferença é que o analisador de espectro possui uma interface de mixagem que permite alterar a faixa de frequência que está ouvindo, enquanto um osciloscópio permanece fixo na extremidade inferior.

Isso significa que é possível ver sinais em frequências mais altas e, ao mesmo tempo, os sinais fora da área que está sendo visualizada são filtrados, para que você possa ajustar o pré-calibrador ADC para uma melhor resolução.

Por outro lado, os misturadores não gostam de DC, portanto, no trabalho normal de EE, você também não poderá usar um analisador de espectro no lugar de um osciloscópio.

Os analisadores de espectro do dia atual (SA) raramente são totalmente sintonizados. A maioria faz FFT e une os canais para formar um intervalo de frequência.

Além de uma classe de medição moderna de SA, como Análise de sinal vetorial, não une canais, mas mede toda a base de canais na taxa de amostragem de IF. A largura de banda de análise, que é geralmente em torno de [taxa de amostragem de IF / 1,25], é de até 1 GHz, para o SA mais alto - Keysight UXA .

Escopo não exaustivo versus espectro

1. O escopo digitaliza da banda base até a faixa de frequência desejada. SA baixou os sinais de RF e digitalizou em IF
2. Ser capaz de digitalizar no FI permite que o SA tenha uma melhor resolução vertical. Uma resolução vertical de escopo é principalmente de 8 bits, enquanto o SA é de até 14 bits. (Os designers de digitalizadores trocam a taxa de amostragem com resolução vertical)
3. Um escopo é útil para análise no domínio do tempo. Um espectro é melhor para análise no domínio da frequência. A SA com uma resolução vertical melhor terá um desempenho melhor na relação S / N, permitindo ver o sinal em um nível de energia muito baixo. Embora o escopo com taxa de amostragem mais alta permita uma melhor resolução de tempo de certos tipos de medição, como o tempo de subida.
4. Um escopo pode ter mais de uma porta, enquanto o SA é uma porta. Portanto, um escopo é capaz de realizar comparações no domínio do tempo multicanal, como fase, tempo de subida do pulso ... etc.

Acima: Escopo que mede pulsos multicanais

Houve algumas diferenças corretas mencionadas acima, vou tentar sistematizar:

1) Largura de banda (a largura de banda do osciloscópio geralmente é mais larga, mas a banda de trabalho não pode ser deslocada). Ou seja, por exemplo, os modos do osciloscópio são: 0-1kHz, 0-10kHz, 0-50kHz, 0-250kHz, 0-500kHz, 0-2MHz, 0-20MHz, sinais 0-100MHz, com taxa de amostragem máxima de 500 MSamp / s. Quando alguém olha para a FFT, ele pode ver apenas essas faixas de 0 a 100 MHz. O Spectrum Analyzer pode ter largura de banda mais estreita, mas pode rolar pela escala de frequência: por exemplo, largura de banda 40 MHz, frequência de amostragem 200 MSamp / s e frequências de trabalho: 0-6,3 GHz. Ou seja, os modos dos analisadores de espectro serão: 0-40MHz, 10-50MHz, 20-60MHz, 30-70MHz .... 6260..6300MHz. Assim, pode-se ver que o SA possui um filtro de banda sintonizável em vez de anti-aliasing LPF no osciloscópio.

2) faixa dinâmica. O ADC de um analisador de espectro tem uma resolução muito melhor.

3) O analisador de espectro possui um amplificador de baixo ruído, o osciloscópio não possui. O amplificador de baixo ruído é um amplificador especial de radiofrequência, que funciona em uma grande variedade de frequências, adiciona ruído muito baixo ao sinal.

4) O osciloscópio e o analisador de espectro têm maneiras diferentes de configurar gatilhos. O osciloscópio é orientado sobre uma forma de sinal no domínio do tempo, SA é orientado sobre a captura de certas formas no domínio da frequência.

5) O osciloscópio não pode desmodular sinais, um analisador de espectro geralmente pode (porque é virtualmente um receptor SDR).

Resumindo: um osciloscópio é um milivoltímetro de banda extra larga. O analisador de espectro é um receptor de banda estreita, cujo principal objetivo é converter as ondas de rádio no sinal da banda base (componentes I e Q) com o mínimo possível de perda e ruído.

Outra aplicação para um analisador de espectro é onde você deseja procurar uma fonte de interferência. Os dispositivos portáteis de última geração também tornam isso muito mais fácil. Por exemplo, além das medições do espectrograma e do analisador de espectro padrão, esses instrumentos podem fazer medições específicas de interferência, como portadora / ruído (C / N) e portadora / interferência (C / I). Uma matemática de rastreamento (modo diff) pode ajudá-lo a encontrar, monitorar e caracterizar sinais interferentes. Outro recurso é a capacidade de gravar espectro durante um tempo especificado. Isso permite encontrar falhas intermitentes e variações de frequência ao longo do tempo. Ótimo recurso. Pessoalmente, eu iria para os dois: Scope + SA. Isso apenas torna seu banco mais útil a longo prazo.