¿Cuál es la diferencia entre un espectrómetro y un osciloscopio?
1 Ancho de banda en tiempo real
Para los osciloscopios, el ancho de banda suele ser el rango de frecuencia de medición. Los analizadores de espectro tienen definiciones como ancho de banda de frecuencia intermedia y ancho de banda de resolución. Aquí analizamos el ancho de banda en tiempo real que permite el análisis de señales en tiempo real.
Para los analizadores de espectro, el ancho de banda de la última frecuencia intermedia analógica generalmente se puede utilizar como ancho de banda en tiempo real para el análisis de la señal. El ancho de banda en tiempo real de la mayoría de los análisis de espectro es de sólo unos pocos megahercios, mientras que los anchos de banda en tiempo real más amplios suelen ser de decenas de megahercios. Por supuesto, el espectrómetro FSW de mayor ancho de banda actual puede alcanzar los 500 MHz. El ancho de banda en tiempo real de un osciloscopio es el ancho de banda analógico efectivo muestreado en tiempo real, normalmente cientos de megahercios y hasta varios gigahercios.
Lo que hay que señalar aquí es que el ancho de banda en tiempo real de la mayoría de los osciloscopios puede ser inconsistente cuando la escala vertical está configurada para ser diferente. Cuando la escala vertical está configurada en la más sensible, la real. -El ancho de banda de tiempo suele reducirse.
En términos de ancho de banda en tiempo real, los osciloscopios son generalmente mejores que los espectrómetros, lo que resulta especialmente beneficioso para algunos análisis de señales de banda ultraancha, especialmente el análisis de modulación.
2Rango Dinámico
El índice de rango dinámico varía dependiendo de la definición. En muchos casos, el rango dinámico se describe como la diferencia de nivel entre la señal más grande y la señal más pequeña medida por el instrumento. Cuando se cambian los ajustes de medición, la capacidad del instrumento para medir señales grandes y pequeñas es diferente. Por ejemplo, cuando los ajustes de atenuación del analizador de espectro son diferentes, la distorsión causada al medir señales grandes es diferente. Lo que se analiza aquí es la capacidad del instrumento para medir señales grandes y pequeñas simultáneamente, es decir, el rango dinámico óptimo de osciloscopios y espectrómetros bajo la configuración adecuada sin cambiar ninguna configuración de medición.
Para los espectrómetros, sin considerar estímulos como el ruido cercano y el ruido de fase, el nivel de ruido promedio, la distorsión de segundo orden y la distorsión de tercer orden son los factores más importantes que restringen el rango dinámico. Según las especificaciones técnicas de los espectrómetros convencionales, su rango dinámico ideal es de aproximadamente 90 dB (limitado por la distorsión de segundo orden).
La mayoría de los osciloscopios están limitados por sus bits de muestreo efectivos AD y su nivel de ruido. El rango dinámico ideal de los osciloscopios tradicionales suele ser inferior a 50 dB. (Para los osciloscopios R&S RTO, el rango dinámico puede llegar a 86 dB a 100 KHz RBW).
En términos de rango dinámico, un analizador de espectro es mejor que un osciloscopio. Pero lo que hay que señalar aquí es que lo mismo ocurre con el análisis espectral de señales. Sin embargo, el espectro del osciloscopio es el mismo marco de datos y el espectro del analizador de espectro no es el mismo marco de datos en la mayoría de los casos, por lo que es posible que el analizador de espectro no pueda medir señales transitorias. La probabilidad de que un osciloscopio encuentre una señal transitoria (cuando la señal alcanza el rango dinámico) es mucho mayor.
3. Sensibilidad
La sensibilidad que se analiza aquí se refiere al nivel de la señal más pequeña que puede ser probada por el detector de ondas y el espectrómetro. Este indicador está estrechamente relacionado con la configuración del instrumento.
Para un osciloscopio, cuando el osciloscopio está configurado en el engranaje más sensible en el eje Y, que generalmente es 1 mV/div, el ruido generado por el canal de señal del osciloscopio y el ruido generado por el La trayectoria inestable restringe la sensibilidad del osciloscopio. El factor más importante.
Como se puede ver en la Figura 1, debido al aumento de los puntos de muestreo, el piso de ruido del espectro se puede reducir al nivel ideal. Sin embargo, cuando la señal no se puede reproducir de forma clara y precisa en el dominio del tiempo, se generará una gran cantidad de desorden en el dominio de la frecuencia, lo que limitará nuestra capacidad para observar señales pequeñas.
Figura 1 Límite de sensibilidad afectada por el ruido
La mayoría de los osciloscopios, como se muestra en la Figura 1, pueden medir de forma estable una señal de 0,2 mV, que corresponde al dominio de la frecuencia, equivalente a -60 dBm nivel. De hecho, si un osciloscopio puede medir con precisión señales pequeñas no solo está relacionado con la sensibilidad del sistema vertical, sino también con el rendimiento de la fluctuación del eje X y la sensibilidad del disparador.
Para comparar los indicadores técnicos analizados en este artículo, el autor fue al laboratorio abierto de R&S en Chengdu (gracias a la sucursal de Chengdu por la ayuda) para hacer una comparación de indicadores. Sorprendentemente, el osciloscopio RTO es muy bueno en términos de indicadores de sensibilidad, como se muestra en la siguiente figura:
Figura 2 Espectro de banda completa del osciloscopio RTO
Como se puede ver en Figura 2, el RTO Puede medir con precisión señales de -60 dBm y su nivel de ruido es de aproximadamente -80 dBm. Lo más gratificante es que no hay grandes perturbaciones que puedan afectar la sensibilidad en toda la banda de frecuencia (DC-4GHz), mejorando así en gran medida la sensibilidad de la medición.
En ausencia de desorden, se puede obtener un menor ruido aumentando el número de puntos de muestreo. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, cuando el intervalo y el RBW se configuran más pequeños, el ruido inferior del osciloscopio RTO se puede reducir por debajo de -100 dBm.
Figura 3 Espectro de banda estrecha del osciloscopio RTO
Desde esta perspectiva, RTO definitivamente puede permitir que el personal de medición cambie la sensación de que "los osciloscopios son inútiles para el análisis en el dominio de la frecuencia".
Para un espectrómetro, sin considerar factores como la falta de coincidencia de puertos, el nivel de ruido promedio del espectrómetro puede considerarse como el límite del espectrómetro que mide señales pequeñas en las condiciones de ganancia máxima y configuración mínima del atenuador. La mayoría de los buenos analizadores de espectro pueden alcanzar -150 dBm sin preamplificador.
4 Precisión de la medición de potencia
Para el análisis en el dominio de la frecuencia, la precisión de la medición de potencia es un indicador técnico muy importante. Ya sea un osciloscopio o un analizador de espectro, existen muchas influencias en la precisión de las mediciones de potencia. Los principales impactos son los siguientes:
Para un osciloscopio, el impacto de la precisión de la medición de potencia incluye reflexiones causadas por la falta de coincidencia de puertos, errores del sistema vertical, respuesta de frecuencia, errores de cuantificación AD, errores de señal de calibración, etc.
Para los espectrómetros, el impacto de la precisión de la medición de potencia incluye: reflexión causada por una falta de coincidencia de puertos, error de nivel de referencia, error de atenuador, error de conversión de ancho de banda, respuesta de frecuencia, error de señal de calibración, etc.
Aquí no analizaré ni compararé el impacto uno por uno. Los comparamos midiendo la potencia de la señal de frecuencia de 1GHz. A través de la comparación de mediciones entre el osciloscopio RTO y el analizador de espectro FSW, se puede ver que a 1 GHz, la diferencia en los valores de medición de potencia del osciloscopio y el analizador de espectro es solo de aproximadamente 0,2 dB, lo cual es una muy buena medición. indicador de precisión. Porque la precisión de medición del espectrómetro a 1 GHz es muy buena.
Además, dentro del rango de frecuencia, el índice de respuesta en frecuencia del osciloscopio también es muy bueno, inferior a 0,5dB en el rango de 4GHz. Desde esta perspectiva, un osciloscopio es incluso mejor que un espectrómetro.
En general, los osciloscopios y analizadores de espectro tienen sus propias ventajas en el rendimiento del análisis en el dominio de la frecuencia. Los analizadores de espectro son mejores en indicadores técnicos como la sensibilidad, y los osciloscopios son mejores que los analizadores de espectro en el ancho de banda en tiempo real. Al medir diferentes tipos de señales, puede elegir según los requisitos de prueba y las diferentes características técnicas del instrumento.