Osciloscopio con FFT o un analizador de espectro?

¿Podría alguien explicarme qué aplicaciones requieren una u otra y por qué? Por lo que he leído, todo se trata de 'dB'; ¿es eso cierto? ¿Y por qué?

Al principio puedo ver que los osciloscopios de almacenamiento digital (DSO) con la función FFT y los analizadores de espectro (SA) son lo mismo ... obtendrán una señal del dominio del tiempo, la convertirán al dominio de frecuencia y podremos verificar todos los armónicos y los componentes de frecuencia de una señal y analizarla de una manera completamente nueva ... Pero dado que los DSO generalmente son mucho más baratos que SA, sigo preguntándome qué funcionalidades ofrecerá la SA que un DSO no puede. ¿Se trata de precisión, velocidad de cálculo (mi DSO FFT es realmente lenta), ancho de banda (los DSO baratos generalmente solo alcanzan hasta 100MHz) o solo depende de los modelos y no de ser un DSO o un SA? ¿Hay más de lo que no sé y me lo puedes contar?

Para responder simplemente: un osciloscopio es una herramienta esencial para cualquier laboratorio de electrónica, mientras que un SA generalmente no lo es (a menos que sea un ingeniero de RF, e incluso entonces necesita un buen alcance) y para una buena calidad, mucho más caro en comparación ( aunque Rigol acaba de sacar algunas SA bastante poderosas a precios decentes de tipo alcance)
La función FFT en su DSO promedio servirá para la mayoría del trabajo, por lo que a menos que su rango de frecuencia de interés sea, por ejemplo,> 500MHz más o menos (si nos avisa) , entonces el DSO es la herramienta de elección.

Básicamente uno hace amplitud versus tiempo (alcance), y el otro hace amplitud versus frecuencia (SA)

Ejemplo de alcance:
supongamos que tiene una señal digital que funciona de forma intermitente, puede verificar el alcance y buscar sobre / subimpulso, timbre, ruido, gltiches, etc.

(simple) Ejemplo de SA: Digamos que tiene una señal y desea verificar los componentes armónicos de la misma, puede mirar en la pantalla de SA y verificar los armónicos (por ejemplo, una onda sinusoidal pura debería ser solo un pico en la pantalla, en es frecuencia, una onda cuadrada sería una serie decreciente de armónicos impares)

Onda cuadrada en un analizador de espectro:

La misma señal en un telescopio se vería así:

Un osciloscopio con función FFT utiliza un análisis matemático incorporado de la forma de onda almacenada para calcular el contenido de frecuencia y la amplitud de la señal. Se muestra en la pantalla como un gráfico de frecuencia vs amplitud, al igual que un analizador de espectro.

Un analizador de espectro de tipo analógico 'verdadero', en realidad mide la amplitud en cada frecuencia (pasos) de la señal y no necesita hacer ningún cálculo matemático en la amplitud medida que no sea el requerido para mostrar los valores de medición con precisión en la pantalla.

Es cierto que muchos osciloscopios ofrecen una función FFT, pero a menos que esté utilizando un nuevo y costoso alcance, la pantalla resultante es más una guía que un equivalente a un analizador de espectro real.

Dicho esto, la nueva generación de instrumentos digitales combinados realmente ofrece los mismos resultados de análisis de espectro y medidas de osciloscopio que los instrumentos de una sola tarea. Sin embargo, no son baratos, pero son útiles porque el contenido de frecuencia / analógico se puede sincronizar con la forma de onda del osciloscopio digital para identificar aquellas señales que están causando problemas relacionados con RF o EMC.

Los ámbitos generalmente son digitales ahora o DSO y se pueden comprar de $ 50 a $ 5K dependiendo de las especificaciones, el rendimiento y el ancho de banda. Se pueden conectar en USB, IEEE488, PCI y muchos otros puertos. Ofrecen almacenamiento para formas de onda repetitivas y de 1 disparo y funciones matemáticas.

Los analizadores de espectro miden la densidad espectral y las SA digitales usan FFT para calcular el espectro, mientras que las RF SA usan escaneo de barrido de conversión dual o triple como un sintonizador de TV pero con preamplificadores, filtros y convertidores de registro muy precisos, ya que las mediciones son más convenientes para mostrar un amplio rango dinámico. como 100 dB. Se utilizan para analizadores sísmicos, de audio, de rodamientos mecánicos en grandes turbinas, radio, microondas, espectro óptico y más. Pueden ser útiles para hacer diagramas de Bode, diagramas de filtro, prueba de emanación de RF, pruebas de radio, diseño de antena, radar, diseño celular y verificación de prueba.

Hay literalmente miles de aplicaciones diferentes para los analizadores de espectro además de los ingenieros de radio en todos los campos de la industria donde los ingenieros necesitan analizar el espectro en un dispositivo en particular, ya sea mecánico, óptico o eléctrico. Conozco a un pariente familiar que usa uno para analizar las turbinas Gigawatt GE en Japón para los armónicos de rodamientos, que es un fuerte indicador de la calidad del producto y los factores de envejecimiento.

Los analizadores de red son incluso más precisos que los SA y tienen generadores de seguimiento incorporados con entradas duales para que se pueda medir una función de transferencia. Vienen en amplios rangos de frecuencia y se pueden usar para medir el margen de fase en SMPS para pruebas de estabilidad o prueba PLL o pérdida de inserción, pérdida de retorno, gráficos SMith, etc. y pueden ser tan precisos como 0.1dB de .1 a 50 GHz o un sub-rango de interés como 0 ~ 1MHz Estos pueden costar $ 100K cada uno. HP y Anritsu son los dos principales proveedores en Estados Unidos.

Pero para un audio simple, existen herramientas de software gratuitas para mostrar señales de audio y análisis de espectro utilizando MIC, Line IN o audio interno.

por ejemplo, Audacity es un programa. Todavía tengo la antigua versión Cool Edit Pro 2.. Forma de onda Cortesía de AC-DC (Campanas del infierno)

La diferencia es que el analizador de espectro tiene una interfaz de mezclador que le permite cambiar el rango de frecuencia que está escuchando, mientras que un osciloscopio permanece fijo en el extremo inferior.

Esto significa que es posible ver señales a frecuencias más altas y, al mismo tiempo, las señales fuera del área que se está mirando se filtran, por lo que puede ajustar el preescalador ADC para una mejor resolución.

Por otro lado, a los mezcladores no les gusta DC en absoluto, por lo que en el trabajo normal de EE, tampoco podrá usar un analizador de espectro en lugar de un osciloscopio.

Los analizadores de espectro de día (SA) actuales rara vez son totalmente barridos. La mayoría hace FFT y unen canales para formar un intervalo de frecuencia.

Además de una clase de medición SA moderna, como el Análisis de señal vectorial, no une los canales, sino que mide la base completa de los canales en función de la frecuencia de muestreo IF. El ancho de banda de análisis, que generalmente es de [Tasa de muestreo IF / 1.25], es de hasta 1 GHz, para el SA más alto - Keysight UXA .

No exhaustivo de alcance vs espectro

1. Alcance digitalizar desde la banda base al rango de frecuencia deseado. SA descifra las señales de RF y digitaliza en IF
2. Ser capaz de digitalizar en IF permite que SA tenga una mejor resolución vertical. Una resolución vertical de alcance es principalmente de 8 bits, mientras que SA es de hasta 14 bits. (Los diseñadores de digitalizadores intercambian la frecuencia de muestreo con resolución vertical)
3. Un alcance es útil para el análisis del dominio del tiempo. Un espectro es mejor para el análisis del dominio de frecuencia. SA que tenga una mejor resolución vertical tendrá un mejor rendimiento en relación S / N, lo que le permite a uno ver la señal a un nivel de potencia muy bajo. Si bien el alcance con una frecuencia de muestreo más alta permitirá una mejor resolución de tiempo de cierto tipo de medición, como el tiempo de aumento.
4. Un ámbito puede ser más de un puerto, mientras que SA es un puerto. Por lo tanto, un alcance es capaz de realizar una comparación de dominio de tiempo multicanal como fase, tiempo de aumento de pulso ...

Arriba: alcance que mide pulsos multicanal

Hubo algunas diferencias correctas mencionadas anteriormente, intentaré sistematizar:

1) Ancho de banda (el ancho de banda del osciloscopio generalmente es más ancho, pero la banda de trabajo no se puede cambiar). Es decir, por ejemplo, los modos de osciloscopio son: 0-1kHz, 0-10kHz, 0-50kHz, 0-250kHz, 0-500kHz, 0-2MHz, 0-20MHz, 0-100MHz, con una frecuencia de muestreo máxima de 500 MSamp / seg. Cuando uno mira FFT, puede ver solo estas bandas de 0-100 MHz. El analizador de espectro puede tener un ancho de banda más estrecho, pero puede pasar a través de la escala de frecuencia: es decir, ancho de banda de 40 MHz, frecuencia de muestreo de 200 MSamp / seg, y frecuencias de trabajo: 0-6.3 GHz. Es decir, los modos de analizadores de espectro serán: 0-40MHz, 10-50MHz, 20-60MHz, 30-70MHz ... 6260..6300MHz. Entonces se puede ver que SA tiene un filtro de banda sintonizable en lugar de LPF anti-aliasing en el osciloscopio.

2) Rango dinámico. El ADC de un analizador de espectro tiene una resolución mucho mejor.

3) El analizador de espectro tiene un amplificador de bajo ruido, el osciloscopio no lo tiene. Amplificador de bajo ruido, es un amplificador especial de radiofrecuencia, que funciona en una amplia gama de frecuencias, agrega muy poco ruido a la señal.

4) El osciloscopio y el analizador de espectro tienen diferentes formas de configurar disparadores. El osciloscopio está orientado en una forma de señal en el dominio del tiempo, SA está orientado a capturar ciertas formas en el dominio de la frecuencia.

5) El osciloscopio no puede demodular señales, un analizador de espectro generalmente puede hacerlo (porque es prácticamente un receptor SDR).

Resumiendo: un osciloscopio es un milivoltímetro de banda extra ancha. El analizador de espectro es un receptor de banda bastante estrecha, cuyo objetivo principal es convertir las ondas de radio en la señal de banda base (componentes I y Q) con la menor pérdida y ruido posible.

Otra aplicación para un analizador de espectro es donde desea buscar una fuente de interferencia. Las computadoras de mano de última generación también lo hacen mucho más fácil. Por ejemplo, además de las mediciones del espectrograma y del analizador de espectro estándar, estos instrumentos pueden realizar mediciones específicas de interferencia, como portadora / ruido (C / N) y portadora / interferencia (C / I). Una traza matemática (modo diff) puede ayudarlo a encontrar, monitorear y caracterizar señales interferentes. Otra característica es la capacidad de registrar el espectro durante un tiempo específico. Esto le permite encontrar fallas intermitentes y variaciones de frecuencia a lo largo del tiempo. Gran característica Personalmente, iría por ambos: Scope + SA. Simplemente hace que su banco sea más útil a largo plazo.