示波器FFT功能之電源噪聲分析
一提到電源噪聲，相信就會引起很多電子工程師的共鳴。我們平時所說的電源噪聲到底是什么呢？它等同于電源紋波嗎？事實上，電源噪聲不同于電源紋波，它是出現在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分。而紋波是出現輸出端子間的一種與輸入頻率、開關頻率同步的成分，是疊加在穩定直流信號上的交流干擾信號。
在電源噪聲的分析過程中，比較經典的方法是使用示波器觀察電源噪聲波形并測量其幅值，據此判斷電源噪聲的來源。但是隨著數字器件的電壓逐步降低、電流逐步升高，電源設計難度增大，在觀察時域波形無法定位故障時，可以通過 FFT（快速傅立葉變換）方法進行時頻轉換，將時域電源噪聲波形轉換到頻域進行分析。電路調試時，從時域和頻域兩個角度分別來查看信號特征，可以有效地加速調試進程。
示波器的頻域分析功能是通過傅立葉變換實現的，傅立葉變換的實質是任何時域的序列都可以表示為不同頻率的正弦波信號的無限疊加。我們分析這些正弦波的頻率、幅值和相位信息，就是將時域信號切換到頻域的分析方法。數字示波器采樣到的序列是離散序列，所以我們在分析中最常用的是快速傅立葉變換（FFT）。 FFT算法是對離散傅立葉變換（DFT）算法優化而來，運算量減少了幾個數量級，并且需要運算的點數越多，運算量節約越大。
示波器捕獲的噪聲波形進行FFT變換，有幾個關鍵點需要注意：
1、根據耐奎斯特抽樣定律，變換之后的頻譜展寬（Span）對應與原始信號的采樣率的1/2，如果原始信號的采樣率為1GS/s，則FFT之后的頻譜展寬最多是500MHz；
2、變換之后的頻率分辨率（RBW Resolution Bandwidth）對應于采樣時間的倒數，如果采樣時間為10mS，則對應的頻率分辨率為100Hz；
3、頻譜泄漏，即信號頻譜中各譜線之間相互干擾，能量較低的譜線容易被臨近的高能量譜線的泄漏所淹沒。避免頻譜泄漏可以盡量采集速率與信號頻率同步，延長采集信號時間及使用適當的窗函數。
電源噪聲測量時要求采集的信號時間可以足夠長，可以認為覆蓋到了整個有效信號的時間跨度。ZDS2000系列示波器最高標配250Mpts存儲深度，在捕獲長時間的波形同時能夠保持高采樣率，同時，市面上多數2000系列示波器最大只支持8K樣本點的FFT分析，在1G采樣率的情況下，頻率分辨率僅有125KHz，多數情況都無法準確判斷信號頻譜分布。ZDS2000系列示波器拒絕單純的功能堆砌，內部采用了專業的處理芯片，突破技術壁壘，將FFT分析點數升級至4M樣本點，同樣在1G采樣率的情況下頻率分辨率能精確到250Hz，可以準確分析出電路中的干擾噪聲來源，大大提高了示波器FFT的實用價值。
致遠電子