Un oscilloscope offre une capacité puissante pour déboguer les effets liés à la fréquence. Les transformées de Fourier rapides (FFT) font depuis longtemps partie des boîtes à outils des oscilloscopes. Désormais, une fonction de type analyseur de spectre est disponible pour simplifier la configuration et l'utilisation de l'oscilloscope pour analyser les effets dépendant de la fréquence. Il permet aux utilisateurs familiarisés avec les analyseurs de spectre RF de commencer à utiliser la FFT sans se préoccuper des détails de configuration d'une FFT. La configuration est simple - sélectionnez une fréquence centrale, une plage et une bande passante de résolution et la fréquence d'échantillonnage nécessaire et la longueur d'acquisition dans le domaine temporel de l'oscilloscope sont automatiquement déterminées en arrière-plan. Des réglages pour des FFT normales ou moyennes ainsi que des niveaux et des échelles de référence sont également disponibles. Ensuite, sélectionnez un mode de fonctionnement (Normal, Moyenne ou Max Hold) pour l'affichage du spectre. D'autres réglages de niveau de référence et d'échelle peuvent également être effectués. Avec le mode Analyseur de spectre, l'utilisateur n'a plus besoin de traduire les paramètres de fréquence d'échantillonnage, de mémoire et de longueur d'acquisition de l'oscilloscope en unités pertinentes dans le domaine fréquentiel.
La fonction de détection automatique des pics identifie les pics les plus élevés du spectre, les étiquette sur l'écran et crée un tableau interactif de tous les pics. Touchez simplement le tableau pour classer les pics par fréquence ou amplitude, les pics sélectionnés peuvent être rapidement déplacés vers le centre de l'écran. Le tableau fait également apparaître des pics de fréquence apparents qui pourraient ne pas être évidents autrement.
En plus de l'affichage du spectre, le mode Analyseur de spectre comprend un affichage de spectrogramme, disponible en 2D ou 3D, qui montre un historique de l'évolution des spectres au fil du temps.
Activez le mode Analyseur de spectre en appuyant sur le bouton du panneau avant.
La boîte de dialogue Analyseur de spectre, illustrée à la figure 1, contient toutes les commandes d'analyse de domaine fréquentiel facile.
La boîte de dialogue Analyseur de spectre affichant les principales commandes de l'analyseur de spectre
L'utilisateur peut sélectionner la trace source à partir de n'importe quelle voie d'entrée, mathématique, mémoire ou trace de zoom.
Les principales commandes de l'option Analyseur de spectre sont la fréquence centrale et l'étendue, tout comme un analyseur de spectre RF. Center et Span sont similaires au réglage de la position de la trace FFT. Les valeurs de chaque paramètre sont facilement saisies via le clavier à l'écran. L'interface utilisateur signale la fréquence maximale pouvant être observée, qui correspond à la moitié de l'échantillonnage actuel de l'oscilloscope.
Vue de base du spectre directement sous le signal du domaine temporel
Alternativement, Start Stop offre un autre moyen d'ajuster la position de la trace FFT. Les fréquences de démarrage et d'arrêt peuvent être spécifiées avec le clavier, comme pour le centre et l'étendue.
La bande passante de résolution équivaut à modifier le paramètre de base de temps pour augmenter ou diminuer la mémoire en mode FFT. Réduire la bande passante de résolution équivaut à plus de mémoire. L'analyseur de spectre renvoie des valeurs adaptées pour la largeur de bande de résolution si la valeur saisie n'est pas réalisable. La valeur par défaut consiste à définir automatiquement la bande passante de résolution, comme confirmé par la case à cocher Auto cochée.
Les principales commandes d'échelle verticale sont Sortie (type), Échelle et Niveau de référence. Le type de sortie peut être dBm, dBVrms, dBmV, dBµV, Vrms et Arms (si une sonde de courant est la source).
Le niveau de référence définit l'amplitude du haut de l'écran dans les unités correspondant au type de sortie.
L'échelle est identique au réglage du bouton de gain vertical en mode FFT et définit l'échelle en dB par division ou en volts/div selon la sélection du type de sortie.
Il existe trois modes de fonctionnement Normal, Average et Max Hold. Le mode normal affiche le spectre de puissance de la trace source. En mode Moyenne, l'utilisateur peut saisir le nombre de spectres à moyenner. La moyenne est efficace pour réduire le bruit du signal afin de voir plus de détails sur les harmoniques ou la porteuse. Le mode Max (Peak) Hold est utile pour les mesures de fréquence balayées où il affiche l'historique des valeurs de crête sur l'axe des fréquences. Max Hold indique le niveau maximum atteint par le signal. Il est également utile pour trouver des éperons peu fréquents.
La case à cocher Persistance activée permet de contrôler la persistance de l'affichage sur l'affichage du spectre. Lorsque la persistance est activée, un historique de plusieurs spectres similaire à l'affichage sur un analyseur de spectre RF s'affiche.
Les cases à cocher Afficher la source et Afficher le zoom permettent d'afficher respectivement la trace de la source dans le domaine temporel et un zoom de la trace de la source. Dans la Figure 1, la case Afficher la source est cochée et l'affichage du canal 1 s'affiche. La trace source et les traces de zoom apparaîtront chacune dans leurs propres grilles.
Fenêtre permet à l'utilisateur de spécifier la fenêtre de pondération à utiliser pour la FFT. Les choix sont Von Hann (Hanning), Hamming, Flat Top et Blackman Harris. La figure 3 montre une comparaison de la forme spectrale de chacune des fonctions de pondération disponibles
Une comparaison de la forme spectrale de chacune des quatre fonctions de pondération
Les analyseurs de spectre affichent par nature une large plage dynamique. La plupart des oscilloscopes 8 bits ne peuvent fournir que 48 dB de plage dynamique sur un spectre pouvant afficher 80 dB ou plus de plage dynamique. Un oscilloscope 12 bits permet jusqu'à 72 dB de plage dynamique. Un exemple est illustré à la figure 4. Ici, les harmoniques du signal sont meilleures que 68 dB en dessous de la pleine échelle. Avec une portée de 8 bits, ils seraient invisibles sans moyenne.
Un exemple de signal avec une résolution supérieure à 12 bits. Un oscilloscope 8 bits aurait un bruit de fond d'environ 50 db en dessous de la pleine échelle masquant les harmoniques
L'onglet Peaks/Markers, illustré à la Figure 5, permet de rechercher et d'étiqueter facilement jusqu'à 100 pics dans le spectre, ainsi que de configurer jusqu'à 20 marqueurs.
Appuyer sur le bouton Peaks de l'onglet Peaks/Markers permet d'activer la détection et l'étiquetage automatiques des pics, comme illustré à la Figure 5. Un maximum de 100 pics peuvent être suivis avec cette fonction. La case à cocher Afficher le tableau ouvrira, si elle est cochée, un tableau indiquant le nombre de pics demandés dans le champ de saisie numérique Max Peaks. Les pics du tableau peuvent être triés par Fréquence ou Amplitude comme sélectionné dans le champ Trier par. Les pics sont normalement répertoriés par numéro de pic, comme indiqué dans le tableau. Cocher la case Show Freq ajoutera une lecture de fréquence à chaque pic.
Mise en place de l'identification automatique des pics
Dans la zone Action de la boîte de dialogue Peaks/Marker, n'importe quel pic peut être sélectionné et déplacé vers le centre de l'écran en appuyant sur Apply.
L'option d'analyseur de spectre a la capacité d'ajouter jusqu'à 20 marqueurs définis par l'utilisateur. Les commandes Marker sont accessibles en appuyant sur le bouton Markers dans la boîte de dialogue Peak/Markers, comme illustré à la Figure 6. Les marqueurs sont représentés par des triangles bleus inversés sur l'affichage du spectre. Les emplacements de fréquence et les amplitudes des marqueurs sont résumés dans le tableau ci-joint.
Les boutons de raccourci de l'affichage des marqueurs offrent un moyen facile de visualiser les marqueurs dans des emplacements communs tels que les pics, les harmoniques ou cinq marqueurs par défaut espacés uniformément en fréquence sur le spectre
Le contrôle des marqueurs permet de définir manuellement l'emplacement de chacun des 20 marqueurs disponibles. La table est liée au marqueur et la sélection d'une entrée définit le numéro de marqueur dans le champ Marqueur de contrôle de marqueur. Les boutons de défilement permettent de régler le marqueur sélectionné sur l'emplacement du pic suivant (balayage gauche-droite) ou sur la valeur d'amplitude suivante (balayage haut-bas). La fréquence centrale de l'affichage du spectre peut être réglée sur le marqueur sélectionné en appuyant sur le bouton Set Center Frequency to Marker. De même, le niveau de référence peut être réglé sur l'amplitude du marqueur sélectionné en appuyant sur la touche Set Ref. Niveau au marqueur.
Réglage jusqu'à 20 marqueurs sur l'affichage du spectre
Le groupe de contrôle Marker Measurements vous permet de sélectionner les valeurs incluses dans le tableau des pics. Cocher Afficher les valeurs delta de la réf. Marker ajoutera les colonnes Delta Frequency et Amplitude au tableau des marqueurs. L'option Afficher les valeurs absolues de tous les marqueurs entraîne l'affichage de la fréquence et de l'amplitude absolues. Ces deux boutons sont interverrouillés afin qu'il y ait toujours des valeurs absolues, des valeurs différentielles ou les deux affichées.
Suivre tous les marqueurs jusqu'au marqueur de référence verrouille les emplacements des marqueurs sur le marqueur de référence. Ils suivront tout changement dans l'emplacement du marqueur de référence.
L'affichage du spectrogramme montre un historique des changements spectraux dans une grille d'affichage séparée. Jusqu'à 256 spectres sont affichés dans un affichage empilé verticalement, comme illustré à la figure 7.
Une vue de l'affichage du spectrogramme 2D
Les commandes du champ Spectrogramme de la boîte de dialogue Analyseur de spectre sont utilisées pour activer et configurer l'affichage du spectrogramme. La case Affichage active ou désactive l'affichage. L'entrée Type permet de sélectionner un affichage bidimensionnel (2D) ou tridimensionnel (3D). La figure 7 est la vue monochrome en 2D où l'amplitude spectrale est proportionnelle à l'intensité de l'affichage. En décochant la case Monochrome, le spectrogramme indiquera l'amplitude spectrale par couleur. Le contrôle du curseur dans le champ Spectrogramme contrôle le mappage de l'intensité et de la couleur à l'amplitude du spectre.
Le rendu 3D du spectrogramme est illustré à la figure 8. Le rendu 3D montre l'amplitude spectrale sous forme d'affichage vertical en plus de l'intensité ou de l'étalonnage des couleurs.
Le rendu 3D du spectrogramme utilisant la persistance graduée des couleurs
Le mode Analyseur de spectre offre la puissance de l'analyse FFT avec une interface utilisateur simplifiée similaire aux analyseurs de spectre RF, dédiée à l'analyse du domaine fréquentiel.