頻譜儀與示波器有什麽區別？

近期（qī）在工作中遇到一些客戶谘詢（xún）示波器和頻譜儀的（de）區別。綜（zōng）合互聯網資源，總結了以下四點來區分兩者。

      可以（yǐ）用實時帶寬、動態範圍、靈敏度（dù）和功（gōng）率測量準確度四個方麵比（bǐ）較了示波器和頻譜儀的分析性能指標的區別。

       實時帶寬：

　　對於示波器來說，帶寬通常是其測量頻率範圍。而頻譜儀則（zé）有（yǒu）中頻帶寬、分辨帶寬等帶寬定義。這裏，我們以能對信號進行實時分析的實時帶寬（kuān）作為討論（lùn）對象。

　　對於頻譜（pǔ）儀來說，末級模擬中頻的（de）帶寬（kuān）通（tōng）常可以作為其信號分析的實時帶寬，大多數的頻譜分析的實時（shí）帶寬隻有幾兆赫茲，通常較寬的實時帶寬通常為（wéi）幾十兆赫茲，當（dāng）然目前帶寬最寬的FSW頻譜（pǔ）儀可以達到500兆赫茲（zī）。而（ér）示波器的實時帶寬為其實時取樣的有效模擬帶寬，一般為數百兆赫茲，高的（de）可達數千兆赫茲。

　　這裏需要指出的是，大多數的示波（bō）器在垂直刻度設置不同時，其實時帶寬可能並不一致，在垂直刻度設（shè）置到最靈（）敏時，其實時帶寬通常會下降。

　　從實時帶寬來說，示波器普遍（biàn）優於頻譜（pǔ）儀，這對於某些超寬帶信號分析尤其有好（hǎo）處，特（tè）別是在調製（zhì）分（fèn）析上有著無可（）比擬的優勢。

      動態範圍：

　　動態範（fàn）圍指（zhǐ）標因其定義不同而有所不同，很多情況下，動態範圍被（bèi）描述為儀器測量最大信號（hào）和最小信號的電平差值。當改變測量設置時，儀器測量大信號（hào）和小信號的能力是不一樣的，例如頻譜分析（xī）儀在衰減設置（zhì）不一樣的情況下，其（qí）測量大信號所帶來的失真是不一樣的。在這裏，我們討論儀器能夠（gòu）同時測量大小信號的能力，即在不改變（biàn）任何（hé）測量設置的情況（kuàng）下，示波器和頻譜儀在合適設置（zhì）情況下的最佳動態範圍。

　　對（duì）於頻譜儀來說，在不考慮相位（wèi）噪聲等近端噪聲和雜散情況（kuàng）下，平均噪聲電平、二階（jiē）失真、三階失真是製（zhì）約動態範圍的最主要因素，以主流頻（pín）譜儀的技術指（zhǐ）標計算，其理想（xiǎng）動（dòng）態範（fàn）圍約為90dB（受二階失真限（xiàn）製）。

　　大多數的示（shì）波器由於受其AD有效取樣位數和噪聲底的限製，傳統示波器的理想動態範圍通常不超過（guò）50dB。(對於R&S RTO示波器,在100KHz RBW時,其動態範圍可高達86dB)

　　從動態範圍來看，頻譜儀要優於（yú）示（shì）波器（qì）。但這裏要指出的是，這（zhè）對於常在信號的頻譜分析來說確實如此，然而（ér）示波器的頻譜是同一幀數據，頻譜儀的頻譜大多數情況下都不是同一幀數據（jù），因而對於瞬變（biàn）信號來說，頻譜（pǔ）儀可（kě）能無（wú）法測量到。而（ér）示波器發現瞬變信號（信號滿足動態範圍的情（qíng）況下）的概率要大得多。

      靈敏度：

　　這裏討論的靈敏度，是指示波器和頻譜儀所（suǒ）能測試到最小信號的水平。這個指標與儀器設置緊密相關。

　　對於示波器而言，示波器在（zài）Y軸設置至最靈（）敏檔時，通常為（wéi）1mV/div時示（shì）波器所能測試（shì）到最小信號，拋開端口不匹配等因（yīn）素來看，示（shì）波器的信號通道產生的噪聲以及軌（guǐ）跡不穩（wěn）定帶來的噪聲是製約示波器靈敏度的（de）最重要因素。

　　從圖一中我們可以（yǐ）看出，因為采樣點數的增加（jiā），頻譜噪聲底可以下降（jiàng）到比較理想的程度。然而，當在時域已經無法清晰準確的再（zài）現（xiàn）信號時（shí），在（zài）頻域就產生了非常（cháng）多的雜波，這就（jiù）限製了我們觀測小信號的能力。

　　圖（tú）1 受噪聲影響的的靈敏（mǐn）度限製

　　大多數示波（bō）器與圖一所示一樣，能夠穩定測量0.2mV的（de）信號，對應到頻域，相當於-60dBm的（de）水平。事（shì）實上，示波器能否準確的測（cè）量小信號，不僅與（yǔ）垂（chuí）直係統的靈敏度有關，還（hái）與X軸的抖動、觸發靈敏度（dù）等（děng）性能有關。

　　為了對（duì）比文中所分析的技術指標，特地到R&S公司成都（dōu）的（de）開放實驗室（感謝成（chéng）都分部提供的幫助）進行了指標對比，讓人驚訝的（de）是，RTO示波器在靈敏度（dù）指標（biāo）上非常優秀，如下圖所示（shì）：

　　圖2 RTO示波（bō）器的（de）全頻段頻譜圖

　　從圖（tú）二可以看出（chū），RTO能夠準確測（cè）量-60dBm的信號，其噪聲底（dǐ）在-80dBm左右。而最讓人感到高興的是，在整個頻段（DC-4GHz），沒（méi）有發現能（néng）夠影響靈敏度的大的雜波，從而大幅提高了測（cè）量靈敏度。

　　在沒有雜波的情（qíng）況下，通過增加取樣點數可以得到（dào）更低的噪聲。例如圖3所示，將（jiāng）Span和（hé）RBW設置得更（gèng）小的情況下，RTO示波器的底噪聲可以降低至（zhì）-100dBm以下。

　　圖3 RTO示波器的窄（zhǎi）帶頻譜圖

　　從（cóng）這點來（lái）說，RTO絕對能夠讓測量（liàng）人員改變“示波器是頻域（yù）分析雞肋"的感受。

　　對於頻譜儀來說，同樣拋開（kāi）端口不匹配（pèi）等因素來討（tǎo）論（lùn），頻（pín）譜儀的在增益最大、衰減器設置最小情況下，平（píng）均噪聲電平可以看作（zuò）頻譜儀測量小信號的極限。在不（bú）涉及前置放大器的情況下（xià），大多數性能良好的頻譜儀可以達到-150dBm。

      功（gōng）率測量準確度：

　　對於頻域分析來說，功率測量準確（què）度是非（fēi）常重要（yào）的技術指標。無論是示波器還是頻譜儀，對功率測量準（zhǔn）確度的（de）影響量都是非常多的，下麵分別列出其主要的影（yǐng）響量：

　　對於示波器來說（shuō），功率測量準確度的影（yǐng）響量有：端口不匹配（pèi）引起的反射、垂直係統誤差、頻率響應、AD量化誤差、校準信號誤差等。

　　對於頻譜儀來說，功率測量（liàng）準確度的影（yǐng）響量有：端口不匹配引起的反射、參考電平誤差、衰減器誤差、帶寬轉換誤差、頻率響應、校準信號誤差等。

　　此（cǐ）處我們不（bú）對影響量進行逐一分析比較，我們通過對1GHz頻率信號的進行功率測量來對比，通過（guò）RTO示波器和FSW頻譜儀的測量（liàng）對比可以看出，在1GHz處，示波器與頻譜儀的功率測（cè）量值僅相差0.2dB左右，這是非常好的測量準確度指標。因為頻（pín）譜儀在1GHz處的測量準確度是非常好的。

　　另外，在頻率範圍內，示波器的頻率響應指（zhǐ）標也是很好（hǎo）的（de），4GHz範圍內不超過0.5dB，從這點來說，示波器甚至優於頻譜儀（yí）的性（xìng）能。

　　總（zǒng）的來說，示波器與頻譜儀在（zài）頻域分析性能上各有（yǒu）所長，頻譜儀在靈敏度等技術指標上更勝一（）籌，示波器在實時（shí）帶寬上較頻譜儀更為出色。在測量不同類型（xíng）的信號時，可根據測試需求（qiú）和儀器的不同技術特點進行選擇。