ZDS2000示波器FFT性能分析

ZDS2000示波器FFT性能分析

或许你会问，FFT有什么好讨论的，各家的示波器不是都差不多吗？难道ZLG广州致远电子的ZDS2000示波器会有什么本质的不同吗？在介绍ZDS2000示波器的FFT功能之前，我们不妨简单地回顾一下FFT中的几个重要参数和关系表达式。

采样率：
用Fs表示示波器被测信号的采样频率。ZDS2000示波器每通道均支持1GS/S采样率，下面将以高采样率1GS/S为基准来描述相关的问题。

FFT点数：
用N表示示波器用于FFT变换的样本数据个数。ZDS2000示波器大可以执行4M点的实时FFT运算。显然，用400万个点做FFT，势必需要相当惊人的运算能力和运算效率。

频率分辨率：
用△f 表示示波器小能分辨多小的频率。假设频率分辨率为10Hz，则可分辨出10Hz、20Hz、30Hz……等10Hz整数倍的频率点，但不能分辨出15Hz、25Hz、37Hz等非整数倍的频率点。如果被测信号中存在15Hz这样的信号，显然经过FFT变换后，频谱上不能出现15Hz这个频率点，即无法分析出来。但该频点的能量将泄露到旁边相近的10Hz 和20Hz 频点上，不仅造成15Hz的信号分辨不出来，就是连10Hz和20Hz频点的幅值也不准确，因为15Hz频点的能量泄露到这几个频点上去了。其解决的方法唯有进一步提高频率分辨率，比如，提高到5Hz或1Hz或更高（值更低）。当采样率一定时，则只能通过增加FFT点数才能提高频率分辨率，其前提是示波器要有足够的运算能力，且有足够的存储深度，也就是说，两者缺一不可。

事实上，上述FFT中的参数构成了一个重要关系式，将贯穿本文整个关于FFT的阐述之中：
△f = Fs / N

即频率分辨率等于采样率除以FFT点数。为什么示波器必须做到4兆点的实时FFT呢？常见的一些示波器，FFT大只支持8K个点，甚至有些示波器只有1K个点。根据上面关系表达式可以看出，高频率分辨率只有

Fs/N=1GS/S / 8K点= 125KHz

也就意味着，如果被测信号不是125K的整数倍，则根本无法判断信号频谱。真实世界能有个被测信号正好是125K整数倍的呢? 因此这样的示波器的FFT没有任何实用价值。这也是为什么你在其它示波器的宣传资料中几乎见不到关于FFT性能宣传的根本原因！

由于广州致远电子股份有限公司对FFT做了大量的深度优化，使得ZDS2000示波器大可以支持4M点FFT。根据上述的关系表达式，在1GS/S采样率下，FFT的频率分辨率达到了1GS/S / 4M点= 250Hz。显然，在1GS/S采样率条件下示波器能够达到这样的频率分辨率，也就是说，只要被测信号频率是250Hz的整数倍，则ZDS2000就能准确无误地分辨出来。即便被测信号不是250Hz的整数倍，且存在频谱泄露，则在250Hz频率分辨率下，也能较准确地分析出被测信号的大致频点。

假设被测信号中包含100KHz和150KHz两种频率分量，以及其它的一些更高频率的信号，对于普通示波器来说，由于大只支持8K点FFT，即频率分辨率只有125KHz，显然无法分辨出100KHz和150KHz频点信号。由于ZDS2000示波器在4M点FFT时频率分辨率高达250Hz，则可以准确无误地分辨出100KHz和150KHz频点信号。

假设我们经常要分析电路中存在的噪声，如果示波器的频率分辨率不够细，则无论如何都无法准确定位噪声来源。如果采用ZDS2000示波器进行分析，由于ZDS2000示波器在4M点FFT、1GS/S采样率下频率分辨率仍能达到250Hz，则经过FFT后就能准确地发现20KHz的噪声。由于所用的DC-DC开关频率正好是20KHz的，则迅速定位噪声来源。

综上所述本文虽短，却颠覆了你对示波器FFT的看法。其实解决用户的麻烦就是我们突破的机会，当我们在200MHz带宽示波器上实现了4M点的FFT运算，在1GS/s采样率下FFT的频率分辨率仍达到了250Hz水平，示波器就一定能真正地成为信号分析的利器。各位朋友，千万不能小看个人的力量，只要给我们一个支点就一定能够撬动地球！致远电子（www.zlg.cn）的技术创新故事告诉我们，只要注重细节用心做事，世界一定会因为我们而不同！

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