基于VNA的TDR方案的基本思想是對(duì)DUT頻率響應(yīng)進(jìn)行傅里葉逆變換可得到其單位沖激響應(yīng)，對(duì)沖激響應(yīng)進(jìn)行積分可得階躍響應(yīng)。VNA頻率測(cè)試點(diǎn)總是離散的，而直接使用離散傅里葉逆變換來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)域變換，時(shí)域響應(yīng)的分辨率與頻域測(cè)試帶寬、時(shí)域響應(yīng)長(zhǎng)度與頻域測(cè)試步進(jìn)頻率分別成反比關(guān)系。在測(cè)量點(diǎn)數(shù)固定的情形下，時(shí)域分辨率與頻域分辨率是不可兼得的；為解決這一矛盾，VNA通常采用線性調(diào)頻Z變換(Chirp-Z transform)來(lái)實(shí)現(xiàn)從頻域響應(yīng)到時(shí)域響應(yīng)的變換，由此獲得任意時(shí)間內(nèi)的時(shí)域響應(yīng)。
此方案的另一問(wèn)題在于VNA的頻域測(cè)試范圍總是有限的，在頻域測(cè)試范圍內(nèi)的測(cè)試精度相對(duì)穩(wěn)定，但無(wú)法測(cè)得DUT的零頻(直流)與超出VNA測(cè)試頻帶外的頻率響應(yīng)。零頻響應(yīng)在計(jì)算時(shí)域沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)時(shí)是不可缺少的參數(shù)，故VNA需要通過(guò)測(cè)試頻帶內(nèi)的頻率影響來(lái)估計(jì)零頻響應(yīng)；為了獲得較好的估計(jì)效果且方便進(jìn)行變換，通常要求頻域測(cè)試點(diǎn)的起始頻率等于步進(jìn)頻率，讓測(cè)試頻率位于過(guò)零點(diǎn)的直線上。而帶外頻率響應(yīng)卻難以估計(jì)，通常將其視為零；而截?cái)嘈?yīng)將導(dǎo)致變換所得的時(shí)域響應(yīng)中存在過(guò)沖與旁瓣；而盡管傳統(tǒng)TDR模擬前端電路本身存在帶寬限制，但其高頻響應(yīng)相對(duì)較為光滑，并不會(huì)產(chǎn)生明顯的截?cái)嘈?yīng)。
VNA采用對(duì)頻域響上應(yīng)用窗函數(shù)的方法抑制截?cái)嘈?yīng)，但其代價(jià)是降低時(shí)域分辨率；從在時(shí)域上看，窗函數(shù)增大了沖激激勵(lì)的沖激寬度(階躍激勵(lì)的上升時(shí)間)，可應(yīng)用于分析不同上升時(shí)間的數(shù)字信號(hào)傳輸性能。
2、兩種TDR方案對(duì)比
相較于基于示波器的TDR方案，基于VNA的TDR方案在高速率、低功耗的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試中具有更大優(yōu)勢(shì)。
一、VNA方案實(shí)現(xiàn)成本更低
第一，對(duì)于工作于較高頻段的被測(cè)設(shè)備，VNA方案實(shí)現(xiàn)成本更低。如前所述，示波器方案在高頻段受限于模擬前端電路頻率特性與信號(hào)采樣率，當(dāng)測(cè)試頻率上升時(shí)，其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成本將大幅上升。而VNA方案采用單頻正弦波激勵(lì)、中頻測(cè)量的工作模式，接收模擬電路工作于固定中頻上，實(shí)現(xiàn)較大測(cè)試帶寬的成本相對(duì)容易。
二、VNA方案有利于提高信號(hào)信噪比
第二，VNA方案有利于濾除噪聲干擾，提高測(cè)試信號(hào)信噪比。由于激勵(lì)信號(hào)中高頻分量占比小，示波器方案在進(jìn)行高頻測(cè)量時(shí)對(duì)噪聲干擾更敏感，在對(duì)低功耗系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)更為嚴(yán)重，需要使用具有更低噪聲干擾的信號(hào)源與模擬電路設(shè)計(jì)。而VNA方案采用單頻正弦波激勵(lì)，在整個(gè)測(cè)試帶寬內(nèi)的測(cè)試信號(hào)功率變化幾乎可以維持不變；而在接收采樣電路中還引入中頻濾波器，以濾除其他頻段的噪聲干擾，接收信號(hào)信噪比明顯提高。
中頻濾波器的引入可有效地提升信噪比，但它也降低了測(cè)量速率，導(dǎo)致VNA在單個(gè)頻率測(cè)量時(shí)間延長(zhǎng)。示波器方案具有更短的測(cè)量時(shí)間，因此可利用多次測(cè)量取平均的方法排除噪聲對(duì)測(cè)量的干擾。
為了分析在相同測(cè)量時(shí)間內(nèi)兩方案可達(dá)到的動(dòng)態(tài)范圍，可做簡(jiǎn)略的定量分析。若示波器方案采用物理采樣頻率fps的采樣電路進(jìn)行等效采樣率為fes的等效時(shí)間采樣，在信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度為T(mén)的情形下，采樣點(diǎn)數(shù)量M為
測(cè)量時(shí)間TS0為：
而VNA方案的單個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量時(shí)間反比于中頻濾波器帶寬fBW，因此VNA方案的總測(cè)量時(shí)間TS1為：
因此在VNA測(cè)量時(shí)間內(nèi)，示波器可進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，噪聲衰減倍率N0與重復(fù)測(cè)量測(cè)試成正比：
假定測(cè)試信號(hào)中存在帶寬為fn的白噪聲，中頻濾波器可將噪聲功率衰減倍率N1為：
