Điểm khác biệt giữa Máy phân tích tín hiệu và Máy hiện sóng khi sử dụng để phân tích tần số

Những tiến bộ vượt bậc trong việc xử lý và băng thông của các máy phân tích tín hiệu và máy hiện sóng khiến cho chúng có thể hoán đổi lẫn nhau khi sử dụng để phân tích tần số. Nhưng điều này không nhất thiết trong tất cả mọi trường hợp.

Ứng dụng phân tích các tín hiệu RF và siêu cao tần trong miền tần số từng là thế mạnh của các máy phân tích phổ, nhưng giờ đây nó lại trở thành sự lựa chọn giữa máy phân tích tín hiệu và máy hiện sóng số. Điều này sẽ xảy ra như nào? Sự khác biệt giữa máy phân tích tín hiệu và máy hiện sóng trong ứng dụng này là gì? Và làm thế nào để ta có thể lựa chọn giữa hai thiết bị này? Chúng ta hãy đi vào xem xét các vấn đề nêu trên.

Máy phân tích tín hiệu thực chất là các máy phân tích phổ với bộ xử lý tín hiệu số (DSP) để thực hiện các chức năng như biến đổi Fourier nhanh (FFTs). Trước đây, các máy hiện sóng số không phải là lựa chọn tốt cho ứng dụng phân tích phổ tần bởi vì băng thông của chúng quá hạn chế. Tuy nhiên, bây giờ băng thông của máy hiện sóng số đã lên đến dải 100 GHz. Kết hợp với bộ xử lý số DSP, chúng trở thành công cụ rất hữu ích cho việc phân tích tín hiệu trên miền tần số.

Cả máy phân tích tín hiệu và máy hiện sóng số đều có những ưu thế khác nhau. Do đó, một nghiên cứu này là rất cần thiết để chọn ra thiết bị phù hợp nhất cho từng ứng dụng nhất định.

Cốt lõi của việc phân tích phổ trong cả hai máy là Bộ xử lý tín hiệu số DSP, nhất là việc sử dụng phép biến đổi Fourier FFT để chuyển đổi dữ liệu từ miền thời gian sang hiển thị trên miền tần số một cách hiệu quả. Biến đổi Fourier FFT có thể xuất dữ liệu phổ dưới dạng thực/ảo, hoặc dưới dạng pha/biên độ, giữ lại thông tin về pha để phân tích điều chế sau đó. Sự khác biệt về mặt vật lý giữa hai thiết bị này có thể thấy trong sơ đồ khối chức năng của chúng.

Phân tích sự khác biệt

Bản chất máy phân tích tín hiệu là một phiên bản hiện đại của máy phân tích phổ quét cũ. Tín hiệu RF đầu vào sẽ được chuyển đổi sang tần số trung tần thấp hơn (IF). Thay vì sử dụng một bộ lọc tương tự, Bộ lọc có băng tần biến đổi được sử dụng trên máy phân tích phổ RF truyền thống bằng bộ chuyển đổi tín hiệu số, thực hiện chuyển đổi tín hiệu IF tương tự sang tín hiệu số. Hiện tại thì các thuật toán DSP bao gồm FFT có thể được ứng dụng vào quá trình chuyển đổi trên.

Sự khác biệt then chốt để phân biệt giữa máy phân tích tín hiệu ra khỏi máy phân tích phổ quét truyền thống đó là: Máy phân tích tín hiệu có thể cố định tần số của bộ tạo dao động nội (LO), thực hiện thu thập tín hiệu thời gian và phân tích phổ ở tần số trung tâm cố định đó. Bộ tạo dao động nội xác định tần số trung tâm, xung đồng hồ lấy mẫu, cùng với băng thông bộ lọc thông dải liên quan; đồng thời nó cũng xác định băng thông hoặc khoảng thời gian hiển thị phổ.

Ngược lại với các máy phân tích tín hiệu, máy hiện sóng số trực tiếp số hóa tín hiệu RF. Dải phổ tần băng gốc nhận được sẽ là phần tín hiệu tại tần số 0 Hz (DC) và mở rộng đến băng thông máy hiện sóng, điều này cũng liên quan đến tốc độ lấy mẫu của nó. Như đã đề cập ở trên, băng thông máy hiện sóng đã tăng lên rất nhiều, lên tới 100 GHz.

Một sự khác biệt rõ rệt là máy hiện sóng số có thể xử lý nhiều hơn một kênh. Máy hiện sóng số thường cung cấp hai, bốn hoặc tám kênh, với tính năng kích hoạt và lấy mẫu đồng bộ. Điều này làm cho máy hiện sóng số thành sự lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng nhiều đầu vào, nhiều đầu ra MIMO.

Một điểm khác biệt không quá rõ ràng nữa là bởi vì máy phân tích tín hiệu chuyển đổi các tín hiệu xuống một tần số trung gian thấp hơn, nó có thể số hóa với một bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) với độ phân giải cao hơn. Các máy hiện sóng băng thông rộng thường sử dụng bộ chuyển đổi ADC 8 bit. Một số máy hiện sóng băng thông thấp hơn sử dụng các bộ chuyển đổi ADC 10 hoặc 12 bit. Dù bằng cách nào, thì đây cũng là một sự cân bằng giữa hai tham số băng thông và dải động. Mặt khác, các máy phân tích tín hiệu thường sử dụng bộ chuyển đổi ADC 14 hoặc 16 bit, cung cấp dải động cao hơn nhiều.

Máy phân tích tín hiệu là một máy phân tích phổ bao gồm bộ xử lý tín hiệu số (DSP). Máy hiện sóng số cũng đã thêm bộ DSP, và đạt được băng thông cao hơn. Sự khác biệt của chúng trong phân tích tần số bắt nguồn từ phương pháp tiếp cận chuyển đổi tín hiệu đầu cuối.

Băng thông phân tích hẹp của bộ phân tích tín hiệu cũng cho kết quả trên một nhiễu nền thấp hơn. Điều này làm cho các bộ phân tích tín hiệu trở thành sự lựa chọn tốt hơn cho việc bắt các tín hiệu ở mức thấp trong một dải tần rộng

Khi xem xét các tín hiệu trên miền thời gian, băng thông rộng hơn của máy hiện sóng số cho phép thiết bị này có thể đo chính xác hơn thời gian chuyển đổi tín hiệu. Một máy phân tích tín hiệu điển hình có thể làm tăng hoặc giảm thời gian trong khoảng 20 ps, nhưng một máy hiện sóng số 100 GHz có thể rút thời gian chuyển đổi xuống đến 3,5 ps.

Tóm lại, máy hiện sóng số cung cấp phân tích băng thông rộng hơn và đa kênh, so với dải động cao hơn và nhiễu nền thấp hơn của bộ phân tích tín hiệu. Máy phân tích tín hiệu thường có băng thông khoảng vài trăm MHz xung quanh tần số trung tâm.

Băng thông sẽ xác định giá thành của của thiết bị. Ở băng thông cao (> 10 GHz), máy hiện sóng số sẽ đắt hơn. Tuy nhiên, ở băng thông từ thấp đến trung bình, nó có thể ít tốn kém hơn máy phân tích tín hiệu. Ngoài ra, đối với nhiều ứng dụng, chẳng hạn như radar, một dải động cao có thể là không cần thiết, do đó hãy ghi nhớ thêm điều này.

Nguồn: RSI