你清楚示波器和频谱仪的根本差异在哪里吗？

示波器和频谱分析仪是特别常用的电路测试仪器，如果有人问示波器和频谱仪有什么差别，估计会被一群人鄙视——人人都知道示波器用于测试电路的时域波形，频谱仪用于分析信号的频谱分布。

但你真的清楚示波器和频谱仪的根本差异在哪里吗？

时域和频域并不是两者的鸿沟 ，当代的信号分析理论已经非常成熟了，傅里叶变换早已为信号在时域和频域的表征建立了桥梁。

借助FFT，现代的数字示波器也同样具备频谱分析能力：

所以，示波器和频谱仪的根本区别在哪里？

曾今，作者参加一个Rohde & Schwarz的测试测量研讨会，主讲人提出这个问题。我的第一个答案也是一个在时域和一个在频域。

为了解答这个问题，先来看一下示波器和频谱仪的工作原理。早期的模拟示波器原理框图是这样的，高中课本上已经介绍过其工作原理，这里就不分析了。模拟示波器的分析带宽受限于扫频信号源、放大器和显示器的响应速度；前面两个因素限制下的分析带宽称为示波器的 模拟带宽 。

现代的数字示波器原理框图如下，借助高速ADC采样和DSP处理，改由LCD显示。由于奈奎斯特采样律限制，低通采样的最高理论分析带宽仅为ADC采样率的一半，因此数字示波器的分析带宽主要受限于ADC采样率。

频谱仪本质上是一个变频接收机 ，被测信号经预选虑波后与本振混频（通常是下变频取差频），扫频分析只需要改变本振频率，中频通常是一个固定的较低频率，因此中频的处理电路相对容易实现。现代的频谱分析仪只需要将中频部分数字化，经过ADC采样经DSP处理再完成数字显示。

频谱仪中有一个叫 分辨率带宽 （RBW）的术语，实际上就是中频滤波器的带宽，通过对中频信号的精细化虑波，可以对信号的频谱成分实现精细分辨，即分辨率。因此频谱仪的宽带分析能力主要由混频和本振扫频源决定，而中频电路主要决定其分辨能力。

从示波器和频谱仪结构上的差异来看， 示波器是“宽带”的，频谱仪是“窄带”的。 即示波器任何时候都允许信号在其模拟带宽以内的所有频率成分进入分析环节；而频谱仪一个时刻仅允许中频滤波器所限制的窄带频率成分进入分析环节。

示波器之所以必须要足够高的模拟带宽，是客官的数学规律决定的。傅里叶变换告诉我们，时域波形越窄的信号，其对应的频域分布就越宽，反之亦然。一个任意的时域波形可以分解为无穷个不同频率和幅度的正弦波的叠加，换句话说现实世界中的任意信号包含无穷多的频谱成分。

为了精确的表征一个信号，必须保留其无穷宽的频谱成分，因此示波器要想看清任意时域波形的细节，就必须让无穷宽的频率分量完整地进入信号分析环节。

正是受限于模拟带宽，被分析的信号的高频分量就被衰减或畸变了，只有模拟带宽以内的频率成分被保留，因此看到的波形已经失真；故为了精确观察高频分量越丰富的高速信号，要求示波器具有更高的模拟带宽。

然而，电路的噪声跟带宽是成正比的， 示波器的“宽带”导致了它无可避免地引入更大的噪声 ；简单的说就是即便无信号输入，示波器在较高Y轴分辨率的时候，波形也是抖动的，而不是理论上一条Y=0的水平直线。因此多数示波器的垂直灵敏度在10mV量级。相比之下，频谱仪通过窄带选频，中频噪声很低，可以分辨幅度低于-120dBm（小于1uV）的频谱成分。

因此，频谱仪天然适合于分析任意信号的频谱成分，而示波器即便借助FFT处理能够勉强分析信号频谱，其分析带宽、频谱分辨率、垂直（幅度）分辨率也远远无法跟频谱仪比拟。

随着高速ADC的发展，ADC的采样率越来越高，开始出现一些不经变频而直接射频采样的全数字式接收机，将变频、滤波等操作也完全数字化，归集到DSP环节，软件无线电（SDR）应运而生。借助SDR，许多仪器开始相互融合，单一仪器的功能越来越全面。