頻譜儀與（yǔ）示波器有什麽區別？

近期在工作中遇（yù）到一些客戶谘詢示波（bō）器（qì）和頻譜儀的區別。綜合互聯網資源，總結了以下四點來區（qū）分兩者。

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

       實（shí）時帶寬：

　　對（duì）於示波器來說，帶寬通常是其（qí）測量頻率（lǜ）範（fàn）圍。而頻（pín）譜儀則有中頻帶（dài）寬、分辨帶（dài）寬等帶寬定義。這裏，我們以能對信號（hào）進行實時分析的實時帶寬作為討論對象。

　　對於頻譜儀來說，末級（jí）模擬中頻的帶寬通常可以作為其信號分（fèn）析的實時帶寬，大多數的（de）頻譜分析的實時（shí）帶寬隻有（yǒu）幾兆赫茲，通常較（jiào）寬的實時帶寬通（tōng）常（cháng）為幾十兆赫茲，當然目前帶寬最寬的FSW頻譜儀（yí）可以達到500兆赫茲（zī）。而示波器的實時（shí）帶寬為其實時取樣的有效模擬帶寬，一（yī）般為數百兆赫（hè）茲，高（gāo）的可達數千兆赫茲。

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

　　從實時帶寬來說，示波器普遍優於頻譜儀，這對於某些超寬帶信號分析尤（yóu）其有好處，特別是（shì）在調製分析（xī）上有著無（wú）可（）比擬的優勢。

      動態範圍：

　　動（dòng）態範圍指標因其（qí）定義不同而有所不同（tóng），很多情況下，動態範圍被描述為儀器測量最大（dà）信號和最小信號的電平（píng）差值。當改（gǎi）變測量設（shè）置時，儀器測（cè）量大信號和小信號的能力是不一樣的，例如頻譜分析儀在衰減設置不（bú）一樣的情況下，其測量大信號所帶（dài）來的（de）失真是不一樣的。在這裏，我們（men）討論儀器能夠同時測量大小信號的能力（lì），即在（zài）不改變任何測量設置的情況下，示波器和頻譜儀在（zài）合適設置情況下（xià）的最佳動態範圍。

　　對於（yú）頻譜儀來說，在不考慮相位噪聲等近端噪聲和雜散情（qíng）況下（xià），平均噪聲電平、二階失真、三階失真是製約動態範圍的最（zuì）主要因素，以主流頻譜儀的技術指標計算（suàn），其（qí）理想（xiǎng）動態範圍約（yuē）為（wéi）90dB（受二階失真限製（zhì））。

　　大（dà）多數的示波器由（yóu）於受其AD有效取（qǔ）樣位數和（hé）噪聲底的（de）限製，傳統（tǒng）示波器的理（lǐ）想動（dòng）態範圍通常不超過50dB。(對於R&S RTO示波器,在100KHz RBW時,其動態（tài）範圍可高達86dB)

　　從動（dòng）態範圍來看，頻譜儀（yí）要優於示（shì）波器。但這裏要指出的是，這對於常在信號（hào）的頻譜分析來說確實（shí）如此，然而示波器的頻譜是同一幀數據，頻譜儀的頻譜大多（duō）數情況下都不是同一（yī）幀數據，因而對於瞬變信號來說，頻譜儀可能無法測量到。而示波器發現（xiàn）瞬變信號（信號滿足動態範圍的情況下）的概率要（yào）大得多。

      靈敏度：

　　這裏討論的靈敏度（dù），是指示波器和頻譜儀（yí）所能測試到最小信號的水平。這個（gè）指標與儀器設（shè）置緊密相關（guān）。

　　對於示波器而言，示波器在Y軸設置至最靈（）敏（mǐn）檔時，通常為（wéi）1mV/div時示波器所能測試到最小信號，拋開端（duān）口不匹配等因素來看，示波器的信號通道產生的噪聲以及（jí）軌跡不穩定（dìng）帶來的噪聲（shēng）是製約（yuē）示波器（qì）靈（líng）敏度的（de）最重要（yào）因素。

　　從圖一中我們可以看出，因為采（cǎi）樣點數的增加，頻譜噪聲底可以下降到比較理想（xiǎng）的程度。然而，當（dāng）在時域已經無法清晰準確（què）的再現信號時，在（zài）頻域就產生了（le）非常（cháng）多的雜波，這（zhè）就限（xiàn）製了我們觀測小信號（hào）的能（néng）力。

　　圖1 受噪聲影響的的靈敏度限製

　　大多數示波器與（yǔ）圖一所示一樣，能夠（gòu）穩定（dìng）測量0.2mV的信號，對應到頻域，相當（dāng）於-60dBm的水平。事實上，示波器能否準確的測量小信號，不僅（jǐn）與垂直係統的靈敏度有關，還與X軸的抖動、觸發靈敏度等性能有關。

　　為了對比文中所分析的技術指標，特地到R&S公司成（chéng）都的開放實（shí）驗室（感謝成都分部提供的（de）幫助）進行了指標對比，讓人驚訝的是（shì），RTO示（shì）波器在靈敏度指標（biāo）上非常優秀，如下（xià）圖所示：

　　圖2 RTO示波器的全頻段（duàn）頻譜圖

　　從圖二可以（yǐ）看出，RTO能夠準確測量-60dBm的信號，其噪聲底在-80dBm左右。而最讓（ràng）人感到高興的是，在整個頻段（DC-4GHz），沒有發（fā）現（xiàn）能夠影響靈（líng）敏度的大的雜波，從而大（dà）幅提高了測量靈敏度（dù）。

　　在沒有雜波的情況下，通過增加取樣（yàng）點數可（kě）以得（dé）到更低的噪（zào）聲。例如圖3所示，將Span和RBW設置得更小的情況下，RTO示波器（qì）的底噪聲（shēng）可以降低至-100dBm以下。

　　圖3 RTO示波器的（de）窄帶（dài）頻譜圖

　　從這點來說，RTO絕對能夠讓測（cè）量人員改變“示波器是頻域分析雞肋"的感受（shòu）。

　　對於頻譜（pǔ）儀來（lái）說，同樣拋（pāo）開端口不匹配等因素（sù）來討論，頻譜儀的在增益（yì）最大、衰減器設置最小情況下，平均（jun1）噪聲（shēng）電平可以看作頻譜儀測（cè）量小信號的極限。在（zài）不涉及前置放大器的情況下，大（dà）多數性能良好（hǎo）的頻譜儀可以達到-150dBm。

      功率（lǜ）測量準確度：

　　對於頻域分析來說，功率（lǜ）測量準確度是（shì）非常重要的技（jì）術指（zhǐ）標（biāo）。無論是示波器還是頻（pín）譜（pǔ）儀，對功率測量準（zhǔn）確度的影響量都是非常（cháng）多的，下麵分別列出其主要的影響量：

　　對於示波器來說，功率測量準確度的（de）影響量（liàng）有：端口（kǒu）不匹配引起的反射、垂直係統（tǒng）誤差、頻率響應、AD量化誤差（chà）、校準信號（hào）誤差等。

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

　　此處我們不對影響量進行逐一分析比較，我們通過對1GHz頻率信號的（de）進行功率測量來對比（bǐ），通過RTO示波器和FSW頻譜儀的測量對（duì）比可以看出，在1GHz處，示（shì）波器與頻（pín）譜儀的功率測量值僅（jǐn）相差0.2dB左右，這是非常好的測量準確度指標。因為頻譜（pǔ）儀在1GHz處的測量準確度是非（fēi）常好的。

　　另（lìng）外，在頻率範圍內，示波器的（de）頻率響應指標也是很好的，4GHz範圍內（nèi）不超過0.5dB，從這點來說，示波器甚至優於頻譜儀的性能。

　　總的來說，示波器與頻譜儀在頻域分析性能上（shàng）各有（yǒu）所長，頻譜儀（yí）在靈敏度等技術指標（biāo）上更勝一（）籌，示波器在實時帶寬上較頻譜儀更為出色。在（zài）測量不同類型的信號時，可根據測試需求和儀（yí）器的不同技術特點進行選（xuǎn）擇。