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我们必须做出选择。在频谱分析仪中有两种类型的测量采集:扫频和实时。扫描分析仪与经典示波器非常相似，因为频率跨度在开始和停止频率之间被“扫描”，然后在一系列事件中分析和显示(扫描-分析/测量-显示)，所以当系统测量、处理数据和显示结果时，扫描之间有一些死时间。这种延迟可能会错过一些脉动或间歇频率捕获。
另一方面，实时采集以如此快的速度捕获和显示频率信息，以至于看起来好像显示器正在“实时”显示捕获的数据。这种快速采集依赖于极快的A/D转换、同步快速傅立叶变换(FFT)处理和强大的计算机处理器。一些价格较高的实时分析仪通常可以捕获脉冲射频事件到近1µs(100%的截获概率(POI))，对于显示间歇性干扰或数字调制及其特性非常有用。
实时频谱分析仪具有捕获短暂间歇信号的能力，非常适合捕获调制无线或数字信号，以及一般的EMI故障排除。例如，在2.4 GHz的工业、科学和医疗(ISM)频段内，您将非常清楚地看到整个扩频Wi-Fi信号，以及跳频蓝牙信号。您甚至可以在同一通道上观察多个Wi-Fi接入点。这在普通的扫频频谱分析仪中是不可能的。它们通常还包括频率和振幅随时间变化的“瀑布”显示—对于间歇性EMI问题，这是一个非常强大的故障排除工具。
USB-Controlled实时分析仪
低成本usb控制的例子包括美国泰克RSA306B或信号猎犬BB60C，增强版BB60D即将上市。两者都提供功能丰富的PC软件。Signal Hound提供免费下载的“Spike”软件，并定期更新功能。泰克以象征性的价格提供他们的SignalVu或EMCVu软件包。EMCVu选项为辐射和传导排放提供了完整的合规前套件，我使用并强烈推荐。这两种模型都非常适合EMC故障排除传输情况，因为它们都相对较小。
信号猎犬BB60C实时6 GHz频谱分析仪
Signal Hound BB60C实时频谱分析仪可以从9 kHz到6 GHz进行调谐，动态范围为+10到大约-158 dBm (DANL)，这取决于分辨率带宽(RBW)。它可以很容易地放入一个标准公文包中，剩余的空间可以放置一台中型笔记本电脑(参见图1和图2)。
图1所示。Signal Hound BB60C usb控制实时频谱分析仪它很容易放进一个标准公文包里。成本是2879美元。
实时BB60C可以在高达27兆赫的瞬时带宽(IBW)中显示近瞬时频率信息。响应速度快，可捕获和显示脉冲宽度窄至4µs的间歇信号，1µs脉冲仅衰减2-3 dB。I/Q数据流通过USB 3.0端口发送，数据流之间的250 kHz至27 MHz的幅度校正带宽可以查看。扫描速度为24 GHz/秒，每秒120万fft。
因为大部分的信号处理都是在个人电脑内完成的，所以你需要一台相当强大的电脑。实际上，推荐的设置是一台运行Windows 10或更高版本的PC，配备Intel i7，第三代或更高版本，配备四核处理器，8gb RAM，一个USB 3.0端口，一个备用的相邻USB 2.0或3.0端口，支持OpenGL 3.0的图形处理器，或类似的设备。
图2。分析仪、提供的CD-ROM和连接电缆都包括在内。
控制
前面板包含一个50-Ω SMA射频端口。最大功率公差为+20 dBm。每次处理PC的命令时，一个READY/BUSY灯就会闪烁。后面板包括USB3.0接口端口，以及10mhz参考输入/输出和1pps触发/同步输入。
启动该软件将显示光谱显示和两侧的图形用户界面(GUI)控件。左边的面板控制多达六个跟踪用户可选择的颜色。跟踪类型包括设置清除和写入，最大保持，最小保持，最小/最大保持，平均(10个样本)和平均(100个样本)。您还可以将当前显示导出到内存。
标记控件包括峰值搜索、向中心、向左峰值、向右峰值、向ref和delta。手动定位标记可以通过点击显示的频谱，然后使用左/右箭头微调位置来完成。根据跨度设置，标记步长可能有点小。该面板还包括参考偏移控制和通道功率测量设置。
右边面板包括频率设置:跨度、中心、开始、停止和步长。步进控制是很好的如果你想步进频率超过固定的谐波相关的频率，例如。也有按钮去全跨度(9千赫到6千兆赫)或零跨度，将允许您解调特定的频率。这也是你可以控制振幅特征的地方，如参考电平，单位(dBm, dBmV, dBµV, mV)， dB/Div，增益和注意。
为了快速检查，我比较了我的Rigol DSA815和Signal Hound BB60C之间的嵌入式处理器板样品的光谱分布。我用探测器四处扫描，找到了最大的平均发射剖面，然后在比较测量时将它留在那里(参见图3和图4)。
图3。用Rigol DSA815扫频分析仪测量STM32-F4控制器的发射轮廓。
图4。用Signal Hound BB60C实时分析仪测量STM32-F4控制器的发射轮廓。
如你所见，我们得到了几乎相同的光谱剖面。主谐波峰值在270兆赫。随着持久性的开启，Signal Hound显示了频率扫描的中心部分周围没有被扫描分析器捕获的更多活动。
接下来，我查看了一些Wi-Fi和蓝牙数据包的活动。由于Wi-Fi和蓝牙共享相同的2.4 - 2.5 GHz频谱，最新版本的蓝牙使用了一种称为自适应跳频(AFH)的协议。基本上，蓝牙发射机首先寻找潜在的干扰Wi-Fi信号，然后避开这段频谱，因为它可以实现跳频。这种效果可以在图5中观察到。Wi-Fi信号在通道1 (2412 MHz)上，而蓝牙跳频可以在右侧看到。
图5。1频道的Wi-Fi信号与向右跳频的蓝牙信号的组合。请注意，蓝牙通过使用AFH协议来避免Wi-Fi信号，该协议可以感知Wi-Fi信号的存在并避免它。
总之，这个实时分析器的功能和特性给我留下了深刻的印象。我曾见过一些设备的频谱问题，因为常规的频谱分析仪扫描速度本来就比较慢，所以根本无法发现这些问题。这对于排除间歇性电磁干扰问题或识别无线发射机的问题将是一个有价值的工具。持久模式是识别非频繁信号的有用工具。虽然由于当今笔记本电脑的处理限制，实时模式被限制在27兆赫，但它在捕获快速响应信号方面仍然非常有用。使用内置功能很容易保存屏幕截图。我喜欢小的尺寸和事实，我可以携带一个高性能6 GHz分析仪在我的公文包。
最顶级的信号猎犬BB60C实时频谱分析仪可以直接从该公司的网站订购，价格仅为3160美元。强烈推荐，假设你有所需的PC马力。完整的评论可以在这里找到在这里．
泰克RSA306B频谱分析仪
RSA306B仅通过USB 3.0端口供电(见图6)。频率范围为9khz至6.2 GHz，可以测量+20至-160 dBm(在最小分辨率带宽为100 Hz时)。该单元可以捕获其40兆赫实时中频带宽的快速瞬态脉冲。也有外部10 MHz参考和触发/同步SMA输入，所以您可以同步到线路频率。测量输入是一个带保护橡胶帽的N连接器。通过所有这些，泰克已经能够将基本单元的成本降低到仅5100美元。此价格包括安全/安装手册、USB 3.0电缆和包含文档文件、用户手册、驱动程序和SignalVu-PC软件的USB闪存驱动器(1300美元)。
图6。泰克RSA306B usb控制实时频谱分析仪覆盖9 kHz至6.2 GHz，实时带宽为40 MHz。基本成本为5100美元，有几个数字调制显示选项。这是一个小的包装，可以很容易地放入公文包，连同你的笔记本电脑。
低成本的一个原因是大部分功能在于SignalVu-PC射频分析软件。该软件包括17个标准频谱和信号分析测量，有几个可选的特定应用程序选项可用。这些选项包括映射、调制分析、标准支持(如APCO P25和WLAN)、脉冲测量和频率确定。
实时(DPX模式)可检测短至100 μ s的瞬时或间歇信号，有助于干扰搜索。该软件还可以捕获流媒体和音频解调，用于长期监控。因为仪器的个性在于软件，升级和添加可选的测量功能很容易。
图7。RSA306连接到运行Windows 10的PC笔记本电脑，准备进行测试。
正如您所想象的，PC的要求是相当严格的，因为所有的数字信号处理都发生在那里。泰克推荐一台至少有USB 3.0接口和64位Windows 8或10操作系统的电脑。要完全支持实时功能，需要Intel i7第4代处理器和8gb RAM。图7显示了测量设置。
有了提供的USB闪存盘，软件的安装变得很容易，我很快就启动了，并在短时间内操作。软件用户界面(UI)的布局非常简单。顶部有一个典型的菜单栏(文件、视图、设置、工具等)。垂直刻度控制装置位于显示器左侧，水平刻度控制装置位于显示器左侧;分辨率带宽，跟踪，标记控件沿着底部。位于主菜单栏下的是由标准录制/播放图标指示的录制和回放控制。UI可以用鼠标或触摸屏控制，如果你的电脑是这样设计的。
默认的显示是具有单个跟踪的频谱模式(参见图8)。然而，最多可以显示三个跟踪，每个跟踪都有单独的控件。有一个数学特性可以从另一个跟踪中减去一个跟踪，也可以显示第四个“math”跟踪。
有5个标记可用，还有一个激励检测模式，它记录所有在9 kHz到1 GHz之间的超过指定阈值(默认设置)的激励，上限可以选择增加到6.2 GHz(全频段)。这对于快速识别一系列谐波是非常理想的，只记录最上面的几个谐波。
跟踪检测模式有六种:+Peak、-Peak、±Peak、Average (VRMS)、Average(日志的平均值)和Sample(样本)。跟踪处理包括正常保持、平均保持、最大保持和最小保持。可以保存和召回跟踪，以便稍后显示或保存到文件中。此外，仪器设置也可以保存和召回。
图8。光谱图显示来自Arduino控制器的几个谐波。这也显示了UI的布局。
排放说测试
建立一个自动的EMI合规前测量是非常容易的。购买EMCVu选项包括预编程FCC, CISPR和MIL-STD-461限制从30 MHz到6.2 GHz的线性或对数显示。限位线可以根据外部增益或损耗因素进行调整，如外部前置放大器、天线因素和电缆损耗。最多可添加三个增益/损耗表。通常，您会将其用于临时或永久的3m或10m测试范围，然而，在本例中，我连接到一个h场探头，并在一个小型嵌入式处理器板上测量发射(参见图9)。
图9。一种小型嵌入式处理器板上的谐波显示。请注意在这个模拟的预遵从性测试中，“失败”频率为269 MHz。通常情况下，您应该使用距离被测产品3米或10米处的天线，使用补偿极限线进行测量。还显示了该表，其中最多可输入三组增益/损失数据，以自动调整限制线。
所有超出限制线的谐波都用三角形标记，并在频率列表中用红色突出显示。频率列表还会从限额中读出差额。您还可以选择按频率或裕度的顺序只显示故障频率。
Wi-Fi和蓝牙干扰分析
DPX模式对于分析Wi-Fi和/或蓝牙(BT)共存或干扰问题至关重要。在下一个示例中，我将在我的家庭办公室中测量无线(OTA) Wi-Fi和BT信号(参见图10)。我开启了持续模式，所以你可以很容易地观察到多个Wi-Fi信号，以及跳频BT信号。
图10。Wi-Fi和蓝牙信号的显示。Wi-Fi频道1显示。
RSA306B的尺寸、价格和坚固的质量，以及泰克内置到signalv - pc的功能和emcfu - pc软件的预合规功能是非常令人印象深刻的。这是一个相对低成本的分析解决方案，适用于那些希望在正式的法规遵从性测试之前对其产品进行EMI法规遵从性前测试或故障排除的公司。数字信号分析功能也使其成为分析当今无线网络和协议的绝佳解决方案。强烈推荐!
Siglent SSA3075X-R和Rigol RSA5000实时频谱分析仪
数字电路可以产生广泛的谐波频率，频谱分析仪可以显示这个射频频谱(功率或电压)与频率的关系。它们是EMC故障排除所必需的一个齿轮。但传统上，这些仪器是所有人的装备中最昂贵的。然而，一些制造商现在正在生产可负担得起的高质量仪器，这些仪器完全适用于故障排除和合规前工作。
这两个普源精电而且Siglent技术几年前和最近都发布了廉价的扫频分析仪，都发布了实时分析仪。
普源精电RSA5000-series
图11显示了Rigol的顶级实时频谱分析仪rsa5000系列。该系列的价格从5,999美元到9,999美元，取决于更高的频率(最大6.5 GHz)。实时带宽升级到40 MHz的选项是1499美元，自动EMI测量软件是999美元。
图11。Rigol的rsa5000系列实时频谱分析仪覆盖3.2至6.5 GHz的高频率，取决于型号。基本单元带有10 MHz RT BW，可以升级到40 MHz。图片由Rigol Technologies提供。
Rigol还出售价格更低的rsa3000系列，根据型号不同，价格在3999美元到6199美元之间。频率范围为3.0 ~ 4.5 GHz。
普源精电RSA3000-series
普源精电此外，还出售价格较低的rsa3000系列，根据型号不同，售价在3999美元至6199美元之间。频率范围为3.0 ~ 4.5 GHz。
Siglent SSA3000X-R-series
我有机会借到了Siglent的ssa3000x - r系列实时频谱分析仪(见图12)，并能够将其与他们的SSA3032X扫频分析仪进行比较。它采用了与他们的扫掠型相同的紧凑外形。评估的模型是他们的SSA3075X-R，可以从9 kHz调到7.5 GHz。其他实时模型包括最高频率3.2和5 GHz。所有公司都提供免费的向量网络分析仪(VNA)和故障距离(DTF)测量。前置放大器和跟踪发生器是标准配置。电磁干扰带宽和准峰值检测功能可选，但推荐使用。
图12。Siglent SSA3075X-R实时频谱分析仪随时准备进行故障排除。
用户界面
UI基本上与他们的扫描模式相同，除了部分更精细，现在有普通扫描和实时模式之间的选择。会使用鼠标或键盘肯定是加分项。
显示
显示器的基本布局是一样的，但分辨率和使用的字体更清晰。软键设置在右侧，用户模式设置在左侧。测量设置沿底部排列。屏幕可以通过“多点触控”、鼠标或键盘来控制。
速度
实时模型是快速的!为了能够近乎实时地显示所获取的数据，内部处理速度必须使用可用的最快处理器，并且它会显示出来。例如，将扫描模型和RT模型设置为相同的参数(跨度、RBW等);扫描模型显示的显示速度为57毫秒，而RT模型为4毫秒(见图13)。扫瞄速度快了14倍。
图13。扫描和实时分析仪(均在扫描模式下)的比较显示SSA3075X-R的扫描时间相对较快(57 vs 4 ms扫描)。
RT带宽
基本型号带有25 MHz RT带宽，这对于大多数EMI分析来说刚刚好。对于更严肃的EMI分析，他们确实有40 MHz RT带宽选项，额外的1400美元，我推荐。
一般性能
扫描分析仪和RT分析仪似乎具有相同的灵敏度。开云体育store广告显示平均噪声电平(DANL)为-165 dBm/Hz。相位噪声被固定在小于-98 dBc/Hz，分辨率带宽(RBW)可以设置在1hz和3mhz之间。振幅精度小于0.7 dB。实时捕获被宣传为小于7.2µ的100% P开云体育storeOI。
例子测量
嵌入式处理器
在这个测试中，我只是使用一个中型Beehive Electronics h场探针来测量典型的数字处理器总线活动，这是我最喜欢的用于一般PC板特性的尺寸(参见图14)。分析仪从10到50兆赫(40兆赫实时跨度)，我们可以看到窄带和宽带EMI的组合。请注意，宽带总线噪声几乎掩盖了所有的窄带时钟谐波。
图14。采用实时方式采集数字处理器总线的EMI数据。
图15。处理器总线EMI的屏幕截图。细黄线相当于扫描分析仪的“最大保持”，表示测量的最大振幅。
图15清晰地显示了窄带时钟谐波和叠加数字总线噪声。细黄色线是最大宽频幅值的指示，它根据固件编程向上和向下脉动。注意，在实时模式下，你可以清楚地观察到窄带和宽带发射。
汽车的噪音
对于这个测试，我将使用一个射频电流探头来测量连接到演示板上的一些电缆上的谐波电流，演示板包括一个100 MHz时钟，以及一些数字处理。我还添加了一个数字控制直流刷电机脉冲宽度调制(PWM)控制器电缆通过相同的电流探头。这将模拟一个多功能电路，并将显示窄带和宽带电磁干扰(参见图16)。
图16。现在我们用电流探头测量演示板上的电缆谐波电流。我已经添加了一个PWM电机控制器，它将添加一些宽带EMI到窄带谐波峰值．细黄线相当于扫描分析仪的“最大保持”，表示测量的最大振幅。
图17显示了合并窄带电磁干扰和宽带电机噪声叠加的特写。请注意，宽带电磁干扰完全覆盖了一些较低的窄带谐波，但因为我们处于实时模式，我们可以清楚地看到这些叠加信号。细黄线相当于扫描分析仪的“最大保持”，表示测量的最大振幅。
图17。结合窄带谐波和宽频电机噪声的屏幕截图。The细黄线相当于扫描分析仪中的“最大保持”，表示测量的最大振幅。
注意，电机噪声-特别是电刷电机-可以产生高达1ghz的宽带电磁干扰。细黄线相当于扫描分析仪的“最大保持”，表示测量的最大振幅。注意到有多少窄带排放物被宽带电机噪声掩盖了吗?
由于测量之间的死区时间，使用扫频分析仪很难准确测量宽带电磁干扰。扫描分析仪的最大保持模式可以捕获这种宽带噪声，但通常需要等待几分钟才能完全填充包络，这最终会掩盖任何窄带发射。有时，这种宽带噪声可以完全掩盖窄带谐波峰值。
如果您试图在遵从性测试实验室执行辐射排放测试，而他们的扫描频谱分析仪碰巧记录了宽带EMI的爆发，这可能表明出现了故障。通过在工作台上使用实时分析仪，您可以立即知道问题所在，并通过正常的过滤或屏蔽提前解决问题。
总结
对于那些需要检测和显示间歇信号、干扰搜索或无线/数字调制的设备，您可以考虑使用实时频谱分析仪。Tektronix RSA306B与EMCVu软件是完美的内部预合规测试，可以显示40 MHz实时带宽。Signal Hound BB60C稍微便宜一点，但仍然提供了27兆赫的实时带宽。两者都可以显示所有常用参数的数字调制，如符号表，正交调制显示器等。
SSA3075X- r实时分析仪(7.5 GHz)配备40 MHz RT带宽和EMI选项约为12200美元，而扫描SSA3075X (7.5 GHz)带EMI选项为7400美元。如果您必须处理间歇性EMI或数字调制，那么25mhz RT带宽可能是最小值，但是推荐40mhz RT带宽作为全面EMI调试的最佳带宽。我还没有机会回顾Rigol RSA3000或5000系列实时分析仪，但希望以后能写一篇文章。
虽然这篇文章主要讨论更实惠的实时频谱分析仪，我也会考虑那些更主流的制造商的仪器，如Aaronia, Gauss instruments, Keysight, Rhode & Schwarz和Tektronix的高端分析仪。关于实时频谱分析仪的理论和体系结构的更深入的讨论，请参考文献9。
参考文献
以上部分摘自《中华人民共和国民法》第1卷第2章创建您自己的EMC故障排除套件，是同一个作者写的。
