时域分析是电子工程师最常用的分析方法之一,通过观察信号的时域波形,工程师可以直观地了解电压或电流随时间的变化,快速判断电路是否正常工作。然而,时域波形虽然能说明“发生了什么”,却未必能揭示“为什么发生”,当电路出现噪声、干扰或其它异常现象时,仅靠时域分析往往难以定位问题的根源。这时,频域分析就成为了不可或缺的分析方法。频域分析将信号从时间维度转换到频率维度,可以帮助工程师更深入地理解信号的组成和潜在的干扰源。下面就通过实际的案例来体会一下频域分析的重要性。
最近,我们在测试一款电路,通过微弱信号源提供输入信号后,上位机显示的时域波形出现了明显的干扰,因此,我们进一步测试了电路的短路噪声,如下图所示,输出信号中存在明显的干扰,甚至已经超出了采集设备的采集范围。
但是,从时域上很难判断出干扰信号的组成,于是,我们将上位机切换为了频域显示,如下图所示,干扰信号的频率主要分布在50Hz的谐波上,而整个测试电路和工频相关的就只有为电路供电的直流电源,因此,干扰信号的来源显而易见,就是耦合自交流供电的直流电源(之所以频域结果没有50Hz频率成分,是因为系统开启了50Hz陷波)。
既然知道了干扰来自于电源,于是我们就换了一台隔离电源,再次测试了电路的短路噪声,结果如下图,干扰明显减小。
通过这一案例,我们应该明白,时域和频域,是信号分析的两个“视角”,时域分析直观、直接,适合快速判断信号的整体行为,而频域分析则深入、细致,能够揭示信号的内在结构和潜在的干扰源,只有结合两者,才能全面解决问题。