MDO4000混合域示波器结构解密

MDO4000混合域示波器是近20年来示波器市场最大的技术突破与创新，它拥有相当独特的结构，泰克科技公司在发明与设计MDO4000混合域示波器其间，共申请了二十多项专利，显明它与一般传统的频谱分析仪或示波器的结构有异。不少人误以为MDO4000混合域示波器只是将一台频谱分析仪与一台混合信号示波器集成在一起，使它拥有“多域”分析的功能。事实上它的创新远远超出这个范围，使它不单拥有“多域”分析，更是“跨域”、“混合域”分析、让工程师可以同时检测任何时间点上模拟、数字、总线与射频信号之间的交互作用，是当今的最佳系统级调试工具，它也将要大大改变你测试的方法。

要知道MDO4000混合域示波器怎样有异于频谱分析仪加示波器，或怎样有异于示波器的FFT运算，我们首先从它的结构上阐述它的技术基础。

频谱分析基础

如图1所示，可以在时域或频域中观察信号的不同特性：
 

在时域中，传统上示波器被用作为观测幅度随时间变化的仪器。在频域中，传统上频谱分析仪被用作为观测幅度随频率变化的仪器。我们可以看出，在这两种情况下，信号是相同的。时域信号是大量离散的正弦波的复合体，每个正弦波都有自己的幅度和相对相位。频谱分析仪中显示的“频谱”只是简单地把信号分解成构成的频率成分。

传统扫频分析仪

图2是传统扫频分析仪简化的结构方框图：

扫频超外差频谱分析仪是几十年前第一次使得工程师能够进行频域测量的传统结构。频谱分析仪最初是使用纯模拟器件构建的，之后与所应对的应用一起不断演变。当前一代频谱分析仪包括各种数字元器件，如ADC、DSP和微处理器。但是，基本扫频方法仍大体相同，最适合观察受控的静态信号。扫频式频谱分析仪通过下变频所输入的射频信号，在分辨率带宽(RBW)滤波器的通带范围内扫描，来测量功率随频率的变化。RBW滤波器后面有一个检测器，检测器计算选定跨度中每个频率点上的幅度。尽管这种方法可以提供高动态范围，但它的缺点是每一次只能计算一个频率点的幅度数据。这种方法基于的假设是，分析仪在完成至少一次扫描的时间内，被测信号在此其间没有明显的变化。结果，测量只对相对稳定不变的输入信号有效。如果信号快速变化，那么在统计概率上说，部分变化极可能会被漏掉。传统扫频分析仪在观察随时间变化的RF射频信号方面是一种有缺欠的工具。如果分析仪在扫描通过该频带后，某突发信号才出现在已扫描过的频带内，那么这个突发信号将不能被捕获。看一下图3：

图3、由于扫频结构限制了分析过程中关心的频率，传统频谱分析仪可能会漏掉一些随时间变化的突变信号。Fb处关心的信号以间歇方式广播。在分析仪从Fa扫描到Fb时，如果在分析仪扫描通过Fb时信号恰好没有广播，那么信号就可能被漏掉。

让我们再观察另外一个实例。图4显示了传统频谱分析仪设置成以20kHz RBW扫描通过20MHz的频谱。默认扫描时长为146ms，我们打开MaxHold曲线(蓝色曲线)和Normal曲线(黄色曲线)，观察频谱响应。

图4、传统频谱分析仪以20kHz RBW测量20MHz频谱中的信号。

图5是使用MDO4000混合域示波器的时域和频域画面观察相同的信号。在显示MaxHold曲线和Normal曲线时，信号Normal曲线显示的信号看上去要干净得多。Normal曲线显示了随时间变化的信号非常简短的部分的FFT。在20kHz RBW下，频谱时间不到115us。

MDO4000的时域画面显示了标为“f”的橙色曲线代表着信号的频率随时间的变化。频率标度设置为2.00MHz/格。频率随时间变化画面的粗略视图显示了这个信号在大约1.4ms时间周期上似乎在三个不同的频率之间跳动。每个频率似乎稳定了大约400us，而频率之间的跳变用了大约100us。这些事件要比传统扫频分析仪的扫描时间快得多。根据图4中选择的设置，传统频谱分析仪每个扫描期间(146ms的扫描时间)已经有100多个这样的事件集合发生了。

图6、正常曲线现在位于跳频信号较高频率上。

通过使用MDO4000混合域示波器前面板上的Wave Inspector旋钮，可以考察整个时间内捕获的事件。图6是MDO4000捕获的相同信号，但现在，频谱画面视图表示的是频率随时间变化的不同时点。现在，频谱时间移动到这个RF信号三个跳频顺序中较高的频率，已经重新计算FFT，以显示与这个新时点相关的频谱状况。

在图7中，频谱时间被移动到阶跃顺序中最高频率与最低频率之间的跳变。使用宽带频谱分析仪可以清楚地看到这么宽的频谱，而使用传统频谱分析仪很难分辨这一频谱，后者在扫描关心的频段时采用了窄带检测器，因此无法捕获这样的宽带频谱。

图7、在跳频期间，MDO4000可以显示信号的宽频谱能量。