本文來源：“鼎陽硬件設計與測試智庫”微信號（SiglentThinkTank）

網絡分析儀與時域反射計(TDR)是射頻器件測試領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；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行采樣分析，得到DUT的時域響應。

圖1-1 采樣示波器TDR原理示意圖

TDR通過時域反射波測量可揭示DUT各位置上的特性阻抗，被廣泛應用于電纜與印刷電路板的故障定位。類似地，對傳輸信號的時域測量，可直觀地展示DUT的時域傳輸特性，對系統(tǒng)噪聲、串擾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)設計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)導致信號通路間的時序偏移裕度下降，阻抗失配等原因引發(fā)的發(fā)射與損耗將引發(fā)更嚴重的信號失真，因雜散引入串擾與耦合也將產生更強的噪聲干擾。而信號電平的降低也導致信噪比的進一步惡化。為了實現(xiàn)對上述問題的測試與分析，要求相關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部信號采樣率；采用傳統(tǒng)TDR方案實現(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。

在多傳輸通道時序測試中，為實現(xiàn)傳輸通道時序偏差的精確測量，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現(xiàn)。

為滿足上述測試要求，基于示波器的TDR方案開發(fā)設計與生產實現(xiàn)成本顯著增加；而矢量網絡分析儀(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現(xiàn)對DUT的時域測試功能，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在進行測量時，激勵信號頻率在某一頻率范圍內上進行掃描，從而獲得DUT在該頻率范圍內的頻率響應。

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)波進行矢量測量，以獲取其功率及相位信息進行進一步計算與分析；因此在VNA測試端口存在用于測量入射波的參考接收機與用于測量反射(傳輸)波的測量接收機，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行同步頻率掃描的內部本振源將測試信號混頻至中頻，并在接收機前引入中頻濾波器濾除其他頻率上的干擾信號。

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

圖2-1 VNA硬件框圖