示波器和頻譜分析儀是特別常用的電路測(cè)試儀器，如果有人問示波器和頻譜儀有什么差別，估計(jì)會(huì)被一群人鄙視——人人都知道示波器用于測(cè)試電路的時(shí)域波形，頻譜儀用于分析信號(hào)的頻譜分布。

但你真的清楚示波器和頻譜儀的根本差異在哪里嗎？

時(shí)域和頻域并不是兩者的鴻溝 ，當(dāng)代的信號(hào)分析理論已經(jīng)非常成熟了，傅里葉變換早已為信號(hào)在時(shí)域和頻域的表征建立了橋梁。

借助FFT，現(xiàn)代的數(shù)字示波器也同樣具備頻譜分析能力：

所以，示波器和頻譜儀的根本區(qū)別在哪里？

曾今，作者參加一個(gè)Rohde & Schwarz的測(cè)試測(cè)量研討會(huì)，主講人提出這個(gè)問題。我的第一個(gè)答案也是一個(gè)在時(shí)域和一個(gè)在頻域。

為了解答這個(gè)問題，先來看一下示波器和頻譜儀的工作原理。早期的模擬示波器原理框圖是這樣的，高中課本上已經(jīng)介紹過其工作原理，這里就不分析了。模擬示波器的分析帶寬受限于掃頻信號(hào)源、放大器和顯示器的響應(yīng)速度；前面兩個(gè)因素限制下的分析帶寬稱為示波器的 模擬帶寬 。

現(xiàn)代的數(shù)字示波器原理框圖如下，借助高速ADC采樣和DSP處理，改由LCD顯示。由于奈奎斯特采樣律限制，低通采樣的最高理論分析帶寬僅為ADC采樣率的一半，因此數(shù)字示波器的分析帶寬主要受限于ADC采樣率。

頻譜儀本質(zhì)上是一個(gè)變頻接收機(jī) ，被測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)選慮波后與本振混頻（通常是下變頻取差頻），掃頻分析只需要改變本振頻率，中頻通常是一個(gè)固定的較低頻率，因此中頻的處理電路相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代的頻譜分析儀只需要將中頻部分?jǐn)?shù)字化，經(jīng)過ADC采樣經(jīng)DSP處理再完成數(shù)字顯示。

頻譜儀中有一個(gè)叫 分辨率帶寬 （RBW）的術(shù)語，實(shí)際上就是中頻濾波器的帶寬，通過對(duì)中頻信號(hào)的精細(xì)化慮波，可以對(duì)信號(hào)的頻譜成分實(shí)現(xiàn)精細(xì)分辨，即分辨率。因此頻譜儀的寬帶分析能力主要由混頻和本振掃頻源決定，而中頻電路主要決定其分辨能力。

從示波器和頻譜儀結(jié)構(gòu)上的差異來看， 示波器是“寬帶”的，頻譜儀是“窄帶”的。 即示波器任何時(shí)候都允許信號(hào)在其模擬帶寬以內(nèi)的所有頻率成分進(jìn)入分析環(huán)節(jié)；而頻譜儀一個(gè)時(shí)刻僅允許中頻濾波器所限制的窄帶頻率成分進(jìn)入分析環(huán)節(jié)。

示波器之所以必須要足夠高的模擬帶寬，是客官的數(shù)學(xué)規(guī)律決定的。傅里葉變換告訴我們，時(shí)域波形越窄的信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的頻域分布就越寬，反之亦然。一個(gè)任意的時(shí)域波形可以分解為無窮個(gè)不同頻率和幅度的正弦波的疊加，換句話說現(xiàn)實(shí)世界中的任意信號(hào)包含無窮多的頻譜成分。

為了精確的表征一個(gè)信號(hào)，必須保留其無窮寬的頻譜成分，因此示波器要想看清任意時(shí)域波形的細(xì)節(jié)，就必須讓無窮寬的頻率分量完整地進(jìn)入信號(hào)分析環(huán)節(jié)。

正是受限于模擬帶寬，被分析的信號(hào)的高頻分量就被衰減或畸變了，只有模擬帶寬以內(nèi)的頻率成分被保留，因此看到的波形已經(jīng)失真；故為了精確觀察高頻分量越豐富的高速信號(hào)，要求示波器具有更高的模擬帶寬。

然而，電路的噪聲跟帶寬是成正比的， 示波器的“寬帶”導(dǎo)致了它無可避免地引入更大的噪聲 ；簡(jiǎn)單的說就是即便無信號(hào)輸入，示波器在較高Y軸分辨率的時(shí)候，波形也是抖動(dòng)的，而不是理論上一條Y=0的水平直線。因此多數(shù)示波器的垂直靈敏度在10mV量級(jí)。相比之下，頻譜儀通過窄帶選頻，中頻噪聲很低，可以分辨幅度低于-120dBm（小于1uV）的頻譜成分。

因此，頻譜儀天然適合于分析任意信號(hào)的頻譜成分，而示波器即便借助FFT處理能夠勉強(qiáng)分析信號(hào)頻譜，其分析帶寬、頻譜分辨率、垂直（幅度）分辨率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法跟頻譜儀比擬。

隨著高速ADC的發(fā)展，ADC的采樣率越來越高，開始出現(xiàn)一些不經(jīng)變頻而直接射頻采樣的全數(shù)字式接收機(jī)，將變頻、濾波等操作也完全數(shù)字化，歸集到DSP環(huán)節(jié)，軟件無線電（SDR）應(yīng)運(yùn)而生。借助SDR，許多儀器開始相互融合，單一儀器的功能越來越全面。