Máy phân tích phổ thường được dùng để xác định tín hiệu xuất hiện ở tần số nào và có mức công suất bao nhiêu. Cách quan sát này phù hợp với tín hiệu ổn định, nhưng sẽ thiếu thông tin khi tín hiệu thay đổi liên tục theo thời gian.
Một tín hiệu có thể chỉ xuất hiện trong vài mili giây, phát theo từng khe thời gian hoặc chỉ xuất hiện khi thiết bị chuyển sang tải cao. Khi đó, phổ tần có thể chỉ cho thấy một đỉnh tín hiệu mà không thể hiện được thời điểm xuất hiện hay thời gian tồn tại.
Zero Span giải quyết vấn đề này bằng cách cố định máy tại một tần số và theo dõi mức công suất thay đổi theo thời gian. Trục ngang lúc này không còn là tần số mà chuyển thành thời gian.
Zero Span thay đổi cách Máy phân tích phổ quan sát tín hiệu
Ở chế độ quét phổ thông thường, máy lần lượt quét qua một dải tần và hiển thị mức tín hiệu tại từng tần số. Khi chuyển sang Zero Span, dải tần quan sát được đặt về 0 Hz, máy giữ tại tần số trung tâm và ghi nhận sự thay đổi công suất theo thời gian.
Có thể hình dung đơn giản:
Quét phổ: Công suất – Tần số
Zero Span: Công suất – Thời gian
Nhờ đó, kỹ sư không chỉ biết tín hiệu nằm ở đâu mà còn quan sát được tín hiệu xuất hiện lúc nào, kéo dài bao lâu, lặp lại theo chu kỳ nào và biên độ thay đổi ra sao.
Một tín hiệu xung là ví dụ điển hình. Khi quét phổ, máy có thể xác định tần số của tín hiệu nhưng không cho biết rõ từng xung tồn tại trong bao lâu. Chuyển sang Zero Span tại tần số đó sẽ biến chuỗi xung thành dạng tín hiệu theo thời gian, giúp quan sát thời điểm bắt đầu, kết thúc và khoảng cách giữa các xung.
Cách đo này cũng hữu ích với nguồn nhiễu chỉ xuất hiện khi động cơ khởi động, bộ nguồn chuyển sang tải cao hoặc một khối chức năng được kích hoạt.
Khi nào nên dùng Zero Span ? RBW và thời gian quét ảnh hưởng ra sao ?
Zero Span phù hợp khi cần kiểm tra hành vi của một tín hiệu tại một tần số cụ thể thay vì tìm kiếm tín hiệu trên cả dải tần.
Một trong những điểm cần chú ý là băng thông phân giải (RBW). Dù không còn quét theo tần số, tín hiệu vẫn đi qua bộ lọc có độ rộng tương ứng với RBW. Nếu RBW quá hẹp so với băng thông tín hiệu, một phần năng lượng có thể không được đưa vào phép đo. Với tín hiệu xung, điều này còn có thể làm thay đổi hình dạng quan sát được.
Ngược lại, RBW rộng cho phép thu nhận nhiều năng lượng tín hiệu hơn nhưng làm giảm khả năng phân biệt các thành phần tần số nằm gần nhau. Vì vậy, RBW cần được chọn dựa trên băng thông của tín hiệu cần theo dõi, không nên đặt cố định cho mọi phép đo.
Thời gian quét lại quyết định khoảng thời gian được hiển thị trên trục ngang. Nếu tín hiệu chỉ tồn tại trong vài mili giây nhưng cửa sổ quan sát quá dài, xung sẽ chiếm một phần rất nhỏ trên màn hình. Khi thu hẹp khoảng thời gian quan sát, dạng tín hiệu sẽ rõ hơn và dễ xác định các đặc điểm như độ rộng xung hoặc khoảng cách giữa các lần phát.
Với tín hiệu lặp lại, kích hoạt quét theo một ngưỡng xác định còn giúp dạng sóng ổn định trên màn hình. Đây là cách hữu ích để quan sát những sự kiện xảy ra nhanh nhưng lặp lại đều đặn.
Nói cách khác, trong Zero Span, RBW quyết định máy thu nhận tín hiệu trong phạm vi tần số nào, còn thời gian quét quyết định máy quan sát tín hiệu trong khoảng thời gian nào. Hai thông số này tác động trực tiếp đến hình dạng kết quả đo.
Zero Span khác máy hiện sóng ở đâu ?
Cách hiển thị của Zero Span khá giống máy hiện sóng vì cả hai đều biểu diễn biên độ theo thời gian. Nhưng bản chất phép đo khác nhau.
Máy hiện sóng quan sát tín hiệu điện áp hoặc dòng điện theo thời gian.
Ví dụ, khi kiểm tra một nguồn phát RF dạng xung, máy phân tích phổ ở chế độ quét giúp xác định tín hiệu nằm tại tần số nào và có những thành phần phổ nào. Sau đó, Zero Span có thể được sử dụng để xem độ rộng xung, chu kỳ lặp hoặc sự thay đổi công suất của tín hiệu.
Kết hợp hai cách đo sẽ giúp phân tích được cả nội dung tần số và hành vi theo thời gian của tín hiệu.
Zero Span giúp phát hiện những vấn đề mà phổ tần dễ bỏ qua
Một đỉnh phổ ổn định chưa chắc có nghĩa nguồn phát hoạt động liên tục. Đỉnh đó có thể được tạo bởi các xung lặp với tần suất đủ cao để xuất hiện như một thành phần ổn định trên phổ.
Tương tự, một nguồn nhiễu chỉ hoạt động khi tải tăng có thể rất khó truy tìm nếu chỉ quét phổ trong trạng thái thiết bị chạy bình thường. Khi cố định tại tần số nghi vấn bằng Zero Span, kỹ sư có thể đối chiếu thời điểm nhiễu xuất hiện với thao tác đóng tải, khởi động động cơ hoặc chuyển trạng thái của mạch.
Đây là điểm có giá trị của Zero Span trong quá trình tìm lỗi: không chỉ phát hiện một tín hiệu tồn tại, mà còn xác định điều kiện khiến tín hiệu xuất hiện.
Với các hệ thống vô tuyến, bộ phát xung, thiết bị radar, nguồn chuyển mạch và mạch cao tần, thông tin này có thể giúp thu hẹp nguyên nhân nhanh hơn so với việc chỉ quan sát phổ tần.
Chế độ này đặc biệt hữu ích với tín hiệu xung, tín hiệu phát không liên tục và các nguồn nhiễu phụ thuộc vào trạng thái vận hành. Khi kết hợp đúng tần số trung tâm, RBW và thời gian quét, kỹ sư có thể quan sát rõ thời điểm xuất hiện, độ rộng và chu kỳ của tín hiệu trên Máy phân tích phổ tần.
