オシロスコープは、周波数関連の影響をデバッグする強力な機能を提供します。 高速フーリエ変換 (FFT) は、長い間オシロスコープのツールボックスの一部でした。 現在、周波数依存の影響を分析するためのオシロスコープのセットアップと使用を簡素化するために、スペクトル アナライザのような機能が利用可能です。 これにより、RF スペクトラム アナライザに精通しているユーザーは、FFT の設定の詳細をほとんど、またはまったく気にせずに FFT を使い始めることができます。 セットアップは簡単です。中心周波数、スパン、分解能帯域幅を選択すると、必要なサンプル レートとオシロスコープの時間領域の取得長がバックグラウンドで自動的に決定されます。 基準レベルとスケールだけでなく、通常または平均化された FFT の設定も利用できます。 次に、スペクトル表示の動作モード (Normal、Average、または Max Hold) を選択します。 基準レベルとスケールのその他の設定も行うことができます。 スペクトラム アナライザ モードを使用すると、スコープのサンプル レート、メモリ、取得長の設定を周波数領域の関連単位に変換する必要がなくなります。
自動ピーク検出機能は、スペクトル内の最大ピークを識別し、それらをディスプレイ上にラベル付けして、すべてのピークのインタラクティブなテーブルを作成します。 テーブルをタッチするだけで、ピークを周波数または振幅で並べ替えることができ、選択したピークをすばやくディスプレイの中央に移動できます。 この表には、他の方法では明らかではない明らかな周波数ピークも示されています。
スペクトル表示に加えて、スペクトル アナライザー モードには、2D または 3D で利用可能なスペクトログラム表示が含まれており、スペクトルが時間の経過とともにどのように変化したかの履歴を示します。
フロント パネルのボタンを押して、スペクトラム アナライザ モードをオンにします。
図 1 に示す [スペクトラム アナライザ] ダイアログ ボックスには、周波数ドメイン解析を容易にするすべてのコントロールが含まれています。
Spectrum Analyzer の主要なコントロールを示す [Spectrum Analyzer] ダイアログ ボックス
ユーザーは、任意の入力チャネル、演算、メモリ、またはズーム トレースからソース トレースを選択できます。
スペクトラム アナライザ オプションの主なコントロールは、RF スペクトラム アナライザと同様に、中心周波数とスパンです。 Center と Span は、FFT トレースの位置を調整することに似ています。 各設定の値は、画面上のキーパッドから簡単に入力できます。 ユーザー インターフェイスは、観測可能な最大周波数を報告します。これは、現在のオシロスコープ サンプリングの半分です。
時間領域信号のすぐ下のスペクトルの基本ビュー
別の方法として、Start Stop は FFT トレースの位置を調整する別の方法を提供します。 スタート周波数とストップ周波数は、センターとスパンと同様に、キーパッドで指定できます。
Resolution Bandwidth は、Timebase 設定を変更して FFT モードでメモリを増減するのと同じです。 解像度帯域幅を減らすと、メモリが増えます。 スペクトル アナライザーは、入力された値が達成できない場合、分解能帯域幅の適応値を報告します。 デフォルトでは、[Auto] チェックボックスがオンになっていることで確認されたとおりに、分解能帯域幅が自動的に設定されます。
主な垂直スケール コントロールは、出力 (タイプ)、スケール、およびリファレンス レベルです。 出力タイプは、dBm、dBVrms、dBmV、dBµV、Vrms、Arms (電流プローブがソースの場合) です。
Reference Level は、出力タイプに一致する単位で画面上部の振幅を設定します。
Scale は、FFT モードで Vertical Gain ノブを調整するのと同じで、出力タイプの選択に応じて、dB/div または Volts/div でスケールを設定します。
通常、平均、最大ホールドの つの動作モードがあります。 通常モードでは、ソース トレースのパワー スペクトルが表示されます。 平均化モードでは、ユーザーは平均化するスペクトル数を入力できます。 アベレージングは、信号のノイズを減らして高調波や搬送波の詳細を確認するのに効果的です。 Max (Peak) Hold モードは、周波数軸全体のピーク値の履歴を表示するスイープ周波数測定に役立ちます。 Max Hold は、信号が到達する最大レベルを示します。 また、まれなスプリアスを見つけるのにも役立ちます。
Persistence On チェックボックスは、スペクトル表示の表示持続性を制御します。 パーシスタンスをオンにすると、RF スペクトラム アナライザーの表示と同様に、複数のスペクトラムの履歴が表示されます。
Show Source および Show Zoom チェックボックスを使用すると、時間領域のソース トレースとソース トレースのズームをそれぞれ表示できます。 図 1 では、Show Source ボックスがチェックされており、チャンネル 1 のディスプレイが表示されています。 ソース トレースとズーム トレースは、それぞれ独自のグリッドに表示されます。
Window では、FFT に使用する重み付けウィンドウを指定できます。 選択肢は、Von Hann (Hanning)、Hamming、Flat Top、および Blackman Harris です。 図 3 は、使用可能な各重み付け関数のスペクトル形状の比較を示しています。
つの重み関数のそれぞれのスペクトル形状の比較
スペクトラム アナライザは、本質的に広いダイナミック レンジを示します。 ほとんどの 8 ビット オシロスコープは、48 dB 以上のダイナミック レンジを表示できるスペクトルで 80 dB のダイナミック レンジしか提供できません。 12 ビット オシロスコープでは、最大 72 dB のダイナミック レンジが可能です。 例を図 4 に示します。ここでは、信号の高調波はフルスケールより 68 dB 優れています。 8 ビットのスコープでは、平均化しないと見えなくなります。
解像度が 12 ビットを超える信号の例。 8 ビットのオシロスコープでは、ノイズ フロアがフル スケールより約 50 dB 低く、高調波がわかりにくくなります。
図 5 に示す [ピーク/マーカー] タブでは、スペクトル内の最大 100 個のピークを見つけてラベル付けし、最大 20 個のマーカーを設定する簡単な方法が提供されます。
[ピーク/マーカー] タブの [ピーク] ボタンを押すと、図 5 に示すように、自動ピーク検出とラベル付けをオンにすることができます。この機能では、最大 100 のピークを追跡できます。 [Show Table] チェック ボックスをオンにすると、[Max Peaks] 数値入力フィールドで要求されたピーク数を示すテーブルが開きます。 テーブル内のピークは、Sort By フィールドで選択した周波数または振幅でソートできます。 ピークは通常、表に示すようにピーク番号で表示されます。 Show Freq ボックスをチェックすると、各ピークに周波数の読み取り値が追加されます。
ピークの自動識別の設定
[ピーク/マーカー] ダイアログ ボックスの [アクション] エリアで、任意のピークを選択し、[適用] を押して画面の中央に移動できます。
Spectrum Analyzer オプションには、最大 20 個のユーザー セット マーカーを追加する機能があります。 図 6 に示すように、[ピーク/マーカー] ダイアログ ボックスの [マーカー] ボタンを押すと、マーカー コントロールにアクセスできます。マーカーは、スペクトル表示上で青色の逆三角形として表示されます。 マーカーの周波数位置と振幅は、添付の表にまとめられています。
マーカー ビューのショートカット ボタンを使用すると、ピーク、高調波、またはスペクトル全体の周波数で等間隔に配置された つのデフォルト マーカーなど、共通の場所にあるマーカーを簡単に表示できます。
マーカー コントロールを使用すると、最大 20 個の使用可能なマーカーのそれぞれの位置を手動で設定できます。 テーブルはマーカーにリンクされており、エントリを選択すると、マーカー コントロール マーカー フィールドにマーカー番号が設定されます。 スクロール ボタンを使用すると、選択したマーカーを次のピーク位置 (左右スキャン) または次の振幅値 (上下スキャン) に設定できます。 Set Center Frequency to Marker ボタンを押すと、スペクトラム表示の中心周波数を選択したマーカーに設定できます。 同様に、Set Ref を押すと、基準レベルを選択したマーカ振幅に設定できます。 マーカーへのレベル。
スペクトル表示に最大 20 個のマーカーを設定
Marker Measurements コントロール グループでは、ピーク テーブルに含まれる値を選択できます。 [参照からのデルタ値を表示] をオンにします。 マーカーは、デルタ周波数と振幅の列をマーカー テーブルに追加します。 すべてのマーカーの絶対値を表示すると、絶対周波数と振幅が表示されます。 これら つのボタンは連動しているため、常に絶対値、微分値、またはその両方が表示されます。
[すべてのマーカーを参照マーカーに追跡] は、マーカーの位置を参照マーカーにロックします。 これらは、参照マーカーの位置の変更に従います。
スペクトログラム表示では、スペクトル変化の履歴が別の表示グリッドに表示されます。 図 256 に示すように、最大 7 のスペクトルが垂直に積み重ねられたディスプレイに表示されます。
2D スペクトログラム表示のビュー
[スペクトル アナライザー] ダイアログ ボックスの [スペクトログラム] フィールドのコントロールを使用して、スペクトログラム表示をオンにして構成します。 View ボックスは、表示をオンまたはオフにします。 Type エントリでは、2 次元 (3D) または 7 次元 (2D) 表示のいずれかを選択できます。 図 は、スペクトル振幅が表示強度に比例するモノクロの D ビューです。 Monochrome チェックボックスをオフにすると、スペクトログラムはスペクトル振幅を色で示します。 スペクトログラム フィールドのスライダー コントロールは、スペクトルの振幅に対する強度と色の両方のマッピングを制御します。
スペクトログラムの 3D レンダリングを図 8 に示します。3D レンダリングは、強度またはカラー グレーディングに加えて、垂直表示としてスペクトル振幅を示します。
カラー グレーディング パーシスタンスを使用したスペクトログラムの 3D レンダリング
スペクトラム アナライザ モードは、周波数ドメイン解析専用の RF スペクトラム アナライザに似た合理化されたユーザー インターフェイスを使用して、FFT 解析の機能を提供します。