示波器和频谱仪有什么区别以及用频谱仪的时机分析

菲菲最近出差拜访了不少电子仪表的用户，包括高校老师，研发工程师，生产测试工程师等等。最常被问到两个问题是：示波器和频谱仪有什么区别？我在什么时候更应该用频谱仪？对于频谱仪这样一个射频领域的最基础最常用仪器，还有这么多人对它的基本概念和用途感到陌生，菲菲确实有点诧异滴所，所以呢，就写了点自己的体会，想和大家一起探讨这个话题。同学们都知道，对于一个电信号，我们可以从时间角度（时域）去描述，也可以从频率的角度（频域）去描述。
市面上常见的示波器是都有频谱显示功能滴，这个主要是使用了傅里叶变换（FFT）来进行了时域和频域的转换，但示波器的FFT和频谱仪在射频测试应用有什么区别呢？1.适用的信号类型不同：示波器主要用途用来观察信号的时域特性（也就是电压随时间的变换特性），主要适用于基带信号的分析（正弦波，方波，比特流等未调制信号），而频谱仪主要针对射频信号（尤其是带了调制的复杂信号或者多频率信号，这样的信号在时间轴上几乎看不出任何规律）的分析。虽然示波器也可以通过FFT从频率域的角度显示信号，但它的性能指标一般不足以分析射频的，带调制的信号。这个菲菲下面会做进一步的解释。2.测量的带宽不同：示波器的设计主要用于观察基带信号的，所以一般来说带宽都不是很宽，最常见的是几十到几百MHz。当然，随着数字电路技术的快速发展，基带信号的速率也在快速提升，所以，一些中高档的示波器也能到GHz这个数量级。而频谱仪主要用以分析载波及调制了的射频信号，所以频谱仪的频率范围通常要宽很多，举例说安捷伦的入门级频谱仪N9322C就是7GHz的，高端一点的N9000A CXA是26.5 GHz，更高端的N9030A PXA可以到50 GHz。

3.测量内容不同：示波器观察的是电压随时间的变换，所以通常看到的是正弦波，方波，比特流等，关注电压，周期，上升，下降沿，过冲，毛刺，以及多路信号间的时序等特征。而频谱仪看的是射频信号的功率，频率，失真（谐波和互调产物），调制后的带宽，泄漏到相邻信道的大小，噪声测试，以及复杂调制信号的深入分析（调制度，IQ星座图，调制误差等等）

4.灵敏度不同：示波器看的都是基带信号并通过传导方式连接，信号幅度一般都较强，在几伏，十分之几或百分之几伏（功率在毫瓦级），而频谱仪很多时候需要测量发射信号频谱或从空中接受到的射频信号，功率往往比1毫瓦还低数个甚至十几个十次方的，换算过来就是几微伏甚至更低。5.动态范围不同：所谓动态范围，是指同时观测大信号和小信号的能力。示波器在观测一个主信号刻度在伏特级的信号的时候，能方便观察的的细微信号或波动在零点几或零点零几伏。也就是说电压的十分之或百分之几的分辨率（功率的百分之或者万分之几）。而频谱仪可以同时观测的小信号可以是大信号的功率的百万分之一，千万分之一，一亿分之一。而在射频测量领域，经常需要这样大的动态范围。好吧，希望菲菲还没有把大伙儿说晕。。。。。。所以同学们可以看到，虽然都是信号分析，但在如下情况的时候，你可能更需要是一台频谱仪而不是示波器哦：1.关注的是射频设备和射频信号测试（载波以及经过调制以后信号），比如测试射频收发信机2.宽频段内对未知信号进行检查，比如空中信号的成分以及各种射频干扰，电子产品的的EMC测试等3.同时关注大信号和微小信号，比如希望了解发射机的信号的失真，互调，杂波等。4.关注毫伏级以下的弱小信号的时候，比如关注印刷电路板上信号间的耦合，电源和时钟上寄生的杂波等。如下图所示

前三种应用情况是典型的频谱分析仪的应用，而第四种情况并不为所工程师们熟悉，常常是最令电路设计工程师头痛的问题。很多时候，工程师们在研发后期发现整机有问题进行故障诊断和调试时才考虑到这个。