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基于FFT频谱分析算法的虚拟示波器的研制
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内容提示：基于FFT频谱分析算法的虚拟示波器的研制
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基于FFT频谱分析算法的虚拟示波器的研制
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示波器里面的FFT功能怎么用
请教论坛里的大侠，示波器里面的FFT功能的具体使用和怎么观察FFT的变化数据。新人对示波器概念很模糊，FFT怎么看是正常，FFT里面可以看到哪些数据？
哪位大侠有详细的FFT的使用和详细介绍！
FFT 即快速傅里叶变换，通过（能用 DSP 或 CPU 比较快的算法实现的）傅里叶变换实现信号从时域向频域的变换（也可以反过来），因此使用傅里叶变换，可以把示波器上显示的波形（时域）图像变成频域图像，也就是频谱图，此时 Y 轴还是信号的振幅，但 X 轴从时间 t 变成频率 f，这个即使不是专门学习电子或（通信）信号专业，一般的大学一年级数学课程上也有的，楼主忘了？
至于示波器上的 FFT，因为我没用过好的示波器，我的示波器 FFT 根本不准，幅度都不准得很
而且以一般示波器的深度*，FFT 功能意义也十分有限，所以不清楚示波器的 FFT 有什么用。比如看一个方波的频域分布，示波器几乎看不到啥
cr7795.jpg (59.82 KB, 下载次数: 47)
21:29 上传
FFT 分析仪（一般来说起码有 100dB 动态范围）可以很清楚看到方波的奇次和偶次谐波分布规律：
cr7797.jpg (70.7 KB, 下载次数: 46)
21:29 上传
一般信号发生器的正弦波，示波器完全看不到任何内容，只能看到基波
cr7796.jpg (65.83 KB, 下载次数: 36)
21:29 上传
FFT 分析仪可以看到差不多 -90dB 的谐波失真
cr7798.jpg (81.95 KB, 下载次数: 47)
21:29 上传
*廉价示波器只有 8bit 深度，48dB 动态范围。安捷伦倒是有 12bit 深度，动态范围 &72dB 的示波器，不过我觉得大多数业余爱好者不会想知道它的价格
cr7799.png (218.42 KB, 下载次数: 39)
21:38 上传
用到这个已经是及其高端的DIY患者了！
欢迎WASHU兄讲课。
无烟男人 发表于
用到这个已经是及其高端的DIY患者了！
方向差异而已，倒不是高端不高端，音响发烧友就会侧重于频域上的测量，因为要了解谐波和失真。当然，单纯测试失真的话，失真度计更方便且动态范围更大。FFT 分析仪的动态范围一般没有那么大，主要用于分析音色的谐波分布等用途，当然随着高端声卡向 24bit 甚至更高深度进化，过去的 FFT 分析仪也不够用了，其实要做 FFT，声卡是个好东西
<p id="rate_8" onmouseover="showTip(this)" tip="非常好！&经验 + 10 点
" class="mtn mbn">
<p id="rate_74" onmouseover="showTip(this)" tip="非常好！&经验 + 14 点
" class="mtn mbn">
MARK!& &&&washu东西很齐
请教WASHU兄，FFT在测试电源中的实际意义大不大。
看到了傅立叶变换这个词让我想起了难忘的大学时光
本帖最后由 washu 于
21:29 编辑
hhdug1 发表于
请教WASHU兄，FFT在测试电源中的实际意义大不大。
这个，看你需要测试什么指标了，比如可以测试这个（Base -40dBV/0-100KHZ. X=10KHZ/Div,Y=10dB Gain/Div）：
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cr7801.jpg (100.16 KB, 下载次数: 46)
21:27 上传
还有这个（Base -40dBV/0-10HZ. X=1HZ/Div,Y=10dB Gain/Div）：
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21:27 上传
下面的情况，和上面（0.01-10HZ）是对应的，看得出来吗？（万用表采集率大约是 5HZ）
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tkggdxv 发表于
看到了傅立叶变换这个词让我想起了难忘的大学时光
FFT是快速傅里叶变换。是对 模拟信号AD采样后 的离散（数字）信号进行的傅里叶变换快速算法。
washu 发表于
方向差异而已，倒不是高端不高端，音响发烧友就会侧重于频域上的测量，因为要了解谐波和失真。当然，单纯 ...
讲得太好了！完全可以作一个更深入讲解，另外，再介绍一下，那些特别的高端仪器
RE: 示波器里面的FFT功能怎么用
washu 发表于
这个，看你需要测试什么指标了，比如可以测试这个（Base -40dBV/0-100KHZ. X=10KHZ/Div,Y=10dB Gain/Di ...
羡慕你的仪器，好高级。
司机 发表于
羡慕你的仪器，好高级。
我会告诉你如今随便一台电脑的声卡（24bit）动态范围都超过我这台老掉牙的 9211 动态分析仪（16bit）吗
其实只要有一块不至于烂到渣的声卡，下载一个软件，就能用声卡分析低频频谱，而且动态范围还更大
RE: 示波器里面的FFT功能怎么用
washu 发表于
我会告诉你如今随便一台电脑的声卡（24bit）动态范围都超过我这台老掉牙的 9211 动态分析仪（16bit）吗 : ...
用过几种软件，感觉象玩具一样。可信度有限。不知道频率多高是真实的（一般的声卡）。
RE: 示波器里面的FFT功能怎么用
washu 发表于
这个，看你需要测试什么指标了，比如可以测试这个（Base -40dBV/0-100KHZ. X=10KHZ/Div,Y=10dB Gain/Di ...
你用的频谱仪是什么型号的，本人是白菜，是仪器意淫族的人物。
Powered by示波器波形参数测量和FFT分析
当示波器正确捕获波形后，示波器可以对波形参数进行自动测量。这些波形参数主要包括下面几个类别：
1）电压参数/幅度参数：幅度，峰峰值，最大值，最小值，过冲，有效值等
2）时间参数：上升时间/下降时间，周期/频率，脉冲宽度，占空比，时间差，建立时间/保持时间等
3）眼图参数：交叉百分比，占空比失真，眼高，眼宽，抖动等
4）如果示波器带有抖动分析软件，还可以测量抖动参数，如：时间间隔误差，周期到周期抖动，抖动成分分解（RJ,DJ,ISI,DCD,PJ）等。
&下面介绍典型的电压参数和时间参数测量。
电压参数和时间参数测量，都需要参考点，这是测量的关键点之一。在示波器里，一般称为：Vtop和Vbase。
Vtop和Vbase的测量计算是：采用幅度统计方法。
示波器的工作过程是：先对整个屏幕进行幅度统计分析，可以得出最大电压的位置和最小电压的位置，然后对最大最小幅度的上面40%部分进行统计分析，得到的平均值，此为Vtop值；对最大最小幅度的下面40%部分进行统计分析，得到的平均值，此为Vbase值。不用统计分析中间的20%部分，防止被测波形是3态信号，而得出错误的结论。如图1所示。
图1 &示波器Vtop和Vbase参数的测量
&&&&一旦测试出Vtop和Vbase，基于我们设置的测量门限（示波器的测量门限默认是10%，50%，90%），示波器可以对电压和时间参数进行自动测量。
&幅度/最大值/最小值/峰峰值的测量
图3& 过冲的测量
图4 &上升时间/下降时间的测量
图5 &周期/频率/脉宽/占空比的测量
图6 &时间差/相位，建立时间和保持时间的测量
当我们想看波形的频谱内容的时候，我们可以使用示波器自带的FFT运算功能。
示波器使用FFT，不使用DFT，因为FFT具有更快的速度。
图7 &示波器FFT运算处理
示波器FFT运算是把存储器中的N点的波形转换到N/2点的频谱内容，转换后的频率范围是：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
0Hz到Fs/2（Fs是采样频率）
&&&&&频谱分辨率或两点之间的频谱间隔是：Fs/N
Nyquist频率是：Fs/2
0Hz到Fs/2的频点是-Fs/2到0Hz频点的镜像，示波器忽略低于0Hz的频点，因为这些点不能提供额外的有用信息。因此，示波器里的N个采样点的FFT变换结果是N/2个频率点。
示波器使用2的幂次方进行FFT变换，所以使用的点数是小于等于存储器中的点数，比如：存储器中有1000个点，但是示波器仅仅使用前面的512个采样点进行FF运算。
由于示波器选择有限的点数进行FFT运算，而FFT在原理上是尽可能采用有限长度时间记录来近似傅式变换对整个时间的积分。在随时间不断重复波形时，某些波形的形状和相位可能会引入瞬变现象，如图8所示。
图8 &FFT运算导致的频谱泄流
解决这个问题的办法是加窗处理。示波器常用的窗口函数是：汉宁窗口，平顶窗口，均匀窗口/矩形窗口。
汉宁（Hanning)窗口也叫Hann窗口，是数字信号处理中最普通的窗口之一。汉宁窗口的形状如图9所示。
图9.1 &原始波形
图9.2 &汉宁窗口
图9.3 &加窗之后的时域波形
图9.4 &加窗之后的频谱
汉宁窗口引入的最大幅度误差为1.5dB(16%)，这在某些应用中可能过大。窗口的形状总是要在幅度精度与频率分辨力之间进行折中。与其他窗口相比，汉宁窗口有良好的频率分辨力，但幅度精度则稍微偏低一些。
如果需要较高的幅度精度，可以使用平顶窗口，其最大幅度误差为0.1dB(1%)，但是频率分辨力较低。图10是平顶窗口的形状和正弦波加窗后的频谱。
图10.1 &平顶窗口
图10.2 &加窗之后的频谱
均匀窗口/矩形窗口实际上不是真正意义上的窗口，它对所有取样都维持不变。尽管均匀窗口/矩形窗口有可能出现严重泄露问题，但是在某些情况下，时间记录中的波形在记录的两端的值相同，因而消除了由FFT引入的瞬变现象。这样的波形称为自开窗口。像伪随机噪声、正弦波群、脉冲和衰减的正弦波这样一些波形，全都可能是自开窗口。
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