本文來源：“鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫”微信號（SiglentThinkTank）

網(wǎng)絡(luò)分析儀與時(shí)域反射計(jì)(TDR)是射頻器件測試領(lǐng)域使用最廣泛的測試儀器；前者通過測量被測器件(DUT)在各頻率上的散射參數(shù)，得到DUT的頻率響應(yīng)；而基于采樣示波器的TDR通過向DUT提供脈沖或階躍激勵，并對反射信號電壓進(jìn)行采樣分析，得到DUT的時(shí)域響應(yīng)。

圖1-1 采樣示波器TDR原理示意圖

TDR通過時(shí)域反射波測量可揭示DUT各位置上的特性阻抗，被廣泛應(yīng)用于電纜與印刷電路板的故障定位。類似地，對傳輸信號的時(shí)域測量，可直觀地展示DUT的時(shí)域傳輸特性，對系統(tǒng)噪聲、串?dāng)_等干擾因素的分析提供有力幫助。

圖1-2 TDR故障定位原理

現(xiàn)代數(shù)字信號系統(tǒng)向著高速率、低功耗方向發(fā)展，前者為系統(tǒng)提供更快的數(shù)據(jù)傳輸、處理能力，而后者通過降低信號電平顯著降低系統(tǒng)功耗。然而這對系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試工程提出了更高的要求：高比特率的數(shù)字信號系統(tǒng)導(dǎo)致信號通路間的時(shí)序偏移裕度下降，阻抗失配等原因引發(fā)的發(fā)射與損耗將引發(fā)更嚴(yán)重的信號失真，因雜散引入串?dāng)_與耦合也將產(chǎn)生更強(qiáng)的噪聲干擾。而信號電平的降低也導(dǎo)致信噪比的進(jìn)一步惡化。為了實(shí)現(xiàn)對上述問題的測試與分析，要求相關(guān)測量儀器必須具有更高的測試精度。

由于脈沖與階躍信號中的高頻分量占比較小，傳統(tǒng)TDR在高頻段的測量更易受到噪聲干擾，加之其測試帶寬受制于模擬前端電路頻率特性與內(nèi)部信號采樣率；采用傳統(tǒng)TDR方案實(shí)現(xiàn)DUT高頻段特性測試成本較高。

在采用更低信號電平的數(shù)字系統(tǒng)測試中，傳統(tǒng)TDR不得不降低其激勵信號功率，防止損壞DUT；但這將要求測試信號具有更高的信噪比，以防止測試精度下降。

在多傳輸通道時(shí)序測試中，為實(shí)現(xiàn)傳輸通道時(shí)序偏差的精確測量，要求TDR提供精確同步的激勵信號；隨著數(shù)字信號的比特率不斷提高，激勵信號的同步要求也愈加難以實(shí)現(xiàn)。

為滿足上述測試要求，基于示波器的TDR方案開發(fā)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)成本顯著增加；而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)作為射頻頻域測試儀器，通過傅里葉逆變換的基本方法實(shí)現(xiàn)對DUT的時(shí)域測試功能，可作為傳統(tǒng)TDR方案的替代方案。

1、基于VNA的TDR原理

VNA通過向DUT提供單頻正弦波激勵，測量并計(jì)算輸入信號與傳輸(反射)信號的矢量幅度比，以散射參數(shù)的形式給出。VNA在進(jìn)行測量時(shí)，激勵信號頻率在某一頻率范圍內(nèi)上進(jìn)行掃描，從而獲得DUT在該頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)。

VNA工作原理

VNA在單頻正弦波激勵下分別對入射波與反射(傳輸)波進(jìn)行矢量測量，以獲取其功率及相位信息進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算與分析；因此在VNA測試端口存在用于測量入射波的參考接收機(jī)與用于測量反射(傳輸)波的測量接收機(jī)，并采用定向耦合器用于分離不同傳輸方向的行波信號。由于接收機(jī)總是僅需測量某單一頻率上的信號，VNA通常采用與射頻激勵源進(jìn)行同步頻率掃描的內(nèi)部本振源將測試信號混頻至中頻，并在接收機(jī)前引入中頻濾波器濾除其他頻率上的干擾信號。

對于多傳輸通道時(shí)序測試，VNA通常采用對各單端激勵情形進(jìn)行分別進(jìn)行矢量測量，輸入信號的波動在輸出信號與輸入信號矢量比計(jì)算中被抵消，規(guī)避了激勵信號難以實(shí)現(xiàn)精確同步的問題。

圖2-1 VNA硬件框圖