尝试一下示波器的 FFT 功能，好不好用？

前言

前文讲了 FFT Resolution、窗函数等内容，这次我们在实物示波器上试试看 FFT。

身边有台 Rigol MSO2102A，市场价应该在数千元，属于中端示波器，那就盘它了。

示波器方波信号 FFT 测试

先按一下示波器的 Auto Measurement，然后将探头连接至示波器自带的方波。调整 Timing 后，效果如下：

示波器自带的方波是 0 至 3V、1 KHz。我用 U盘保存了画面，清晰图如下：

嗯。。方波有点翘，可能探头要做下补偿，但我们先不管这个。

将通道改为 AC（交流）耦合，然后开启 Math - FFT 功能，示波器将会分屏，上半部分是时域，下半部分就是频域：

嗯。。看着有很多谐波，应该是因为方波的缘故吧。

仔细看一下 FFT 的那行字：20.0 dBV，12.50 kHz/div，Sa = 500.0 kSa/s，Center = 87.50 kHz。

我试着理解一下：

20.0 dBV：这个是轴向幅值，本文不关注 dBV 等动态范围的事情。
12.50 kHz/div：这个是横向显示效果，每 div 是 12.50 kHz，应该与 FFT 分辨率有关。
Sa = 500.0 kSa/s：看着是采样率，但在屏幕的眉头位置不是显示采样率是 2.000 GSa/s 吗？
Center = 87.50 kHz：看着是屏幕中心位置的频率，中心位置对应第 7 个 div，按 12.50 kHz/div 的话，正好是 87.5 kHz。

为了看清谐波频率，我调了一下 FFT 的横向缩放，但似乎极限只能从 12.50 kHz/div 放大到 2.500 kHz/div，显示效果如下：

嗯。。在第 1 个 div （即 0 Hz 到 2.500 kHz）的中间，看着是有 1 kHz 的峰值。

虽然不知道实际 FFT 分辨率是多少，但显示效果 2.500 kHz/div 实在有点低。

莫非与采样深度有关系？

当前眉头显示是 5.60 Mpts，改成最大的 56 Mpts 试试：

这次眉头显示的采样深度确实变长了，但 FFT 分辨率似乎没变，以及显示效果 2.500 kHz/div 仍然是极限。

莫非与时域的“显示”窗口有关？因为有些示波器只用可见区域作为 Math 的范围。

好，那就扩大一下时域的 Timing，由 200 μs/div 改为 5 ms/div，看下效果：

这次看着好很多，有了很多细节。

注意 FFT 的那行字：20.0 dBV，500.0 Hz/div，Sa = 20.00 kSa/s，Center = 3.500 kHz。

1 KHz 基波正好在第 2 个 div 的位置。

我们试着反推一下：

参与 FFT 运行的波形范围是屏幕可见区域，共 14 个 div
图5 里面，FFT 点数：200 μs/div *14 div / (1 / 500.0 kSa/s) = 1400 pts
图6 里面，FFT 点数：5 ms/div *14 div / (1 / 20.00 kSa/s) = 1400 pts
再由 Fs / Points 得到 FFT 分辨率
图5 里面，FFT 分辨率：500.0 kSa/s / 1400 pts = 357 Hz
图6 里面，FFT 分辨率：20.00 kSa/s / 1400 pts = 14 Hz

虽然图5 与图6 FFT 的点数一样，但假设了两者的采样率不同，图6 采样率降低至 20.00 kSa/s，因此 FFT 分辨率更高。

另外，显示效果 500.0 Hz/div 似乎是极限。

嗯。。就这样吧。

外部正弦信号 FFT 测试

这次我们用外部信号测试，先来个正弦波，频率提升到 1 MHz，信号源设置如下：

经过一番调试，让 FFT 处于最佳显示效果，画面如下：

FFT 的那行字显示为：20.0 dBV，1.000 MHz/div，Sa = 20.00 MSa/s，Center = 6.980 MHz。

我感觉采样率确实变为了 20.00 MSa/s。不过基于 1.000 MHz/div 的显示，为什么 FFT 横向到第 8 个 div 就截止了？不应该是有 10 个 div 吗？

但不管如何，1 MHz 的位置确实有一个高耸的峰值。

外部 AM 信号 FFT 测试

我还是想测一下 FFT 分辨率。考虑构建一个 AM （调幅）信号，AM 在频谱上应该是中间是载波，两边有调制波。可以通过载波与调制波之间的距离来看分辨率。

信号源的设置如下，载波是 1 MHz，AM 调制波是 100 kHz ：

再经过一番调试，让 FFT 处于最佳显示效果，画面如下：

看着有点像 AM。。。再放大看看：

嗯。。确实有三个峰值，中间大，两边小，它们的距离就是 100 kHz。

从显示效果来说，在这种设置下（如 Timing/div、采样率、采样深度等），100.0 kHz/div 已是极限。

总结

附上 Rigol MSO2102A 说明书，里面没有讲很多 FFT 的工作机制。之前看 Keysight、Tektronix 倒是有讲，但性能与设置都不通用。

仅从我简单及肤浅的测试来看，很多与 FFT 运行有关的设置都有预设值，不能随意更改，从而造成如 FFT 分辨率及显示效果不太受控。可能示波器 FFT 功能的目的是频谱的定性显示，而频谱的定量分析还是要靠频谱仪。

当然，我使用示波器的经验有限，高端的没用过，中低端也许还可以试试 USB 示波器，它们有 PC 上位机软件，可能 FFT 的功能更丰富一些。

参考资料

普源示波器 Rigol MSO2000 系列说明书：https://www.rigol-uk.co.uk/pdf/Rigol-DS-MSO2000-User-Guide.pdf

前言

示波器方波信号 FFT 测试

外部正弦信号 FFT 测试

外部 AM 信号 FFT 测试

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