基于網絡測試儀的TDR測試分析

      奈圖爾科技（www.ntooler.com）整理消息： 網絡測試儀是測量被測件（DUT）頻率響應的儀器，測量的時候給被測器件輸入一個正弦波激勵信號，然后通過計算輸入信號與傳輸信號（S21）或反射信號（S11）之間的矢量幅度比（圖1）得到測量結果；在測量的頻率范圍內對輸入的信號進行掃描就可以獲得被測器件的頻率響應特性；在測量接收機中使用帶通濾波器可以把噪聲和不需要的信號從測量結果中去掉，提高測量精度。

圖1 輸入信號、反射信號和傳輸信號示意圖

圖2 在測量頻率范圍內掃描正弦波激勵信號，就可用 VNA 測得被測器件的頻率響應特性

       眾所周知，頻域和時域之間的關系可以通過傅立葉理論來描述。通過對使用 VNA 獲得的反射和傳輸頻率響應特性進行傅立葉逆變換，可以獲得時域上的沖激響應特性（圖3）。再通過對沖激響應特性進行積分，可得到階躍響應特性。這和在 TDR 示波器上觀察到的響應特性是一樣的。由于積分計算非常耗時，因此實際上使用的方法是在頻域中根據傅立葉變換的卷積原理進行計算——把輸入信號的傅立葉變換和被測件的頻率響應特性進行卷積，然后再對結果實施傅立葉逆變換。由于在時域中的積分也可使用頻域中的卷積來描述，因此我們可以快速計算出階躍響應特性。

圖3從傅立葉逆變換中推導出的階躍響應特性與沖激響應特性之間的關系

      通過傅立葉逆變換得到的時域特性的時間分辨率和時間測量范圍分別對應于**測量頻率的倒數和頻率掃描間隔的倒數（圖4）。例如，若**測量頻率是 10 GHz，則時間分辨率為 100 ps。我們似乎可以認為通過不斷縮小頻率掃描的間隔就可以無限地擴大測量的時間范圍，但事實上卻存在限制。因為傅立葉逆變換中使用的頻率數據在頻域中必須是等距的，若掃描的頻率間隔比 VNA 的*低測量頻率還要小，那么就不能執行傅立葉逆變換。例如，如果 VNA 的*低測量頻率是 100 kHz，則在時域測量中能夠得到的*大時間測量范圍就是 10 us，對于 TDR 的測量應用，這足夠了。

圖4  時域參數（時間分辨率和時間測量范圍）與頻域參數（頻率和掃描頻率間隔）之間的關系

      圖5顯示的是使用基于網絡測試儀TDR和基于示波器86100D的TDR，對同一被測件的阻抗進行測量，得到的響應曲線之間的相關性。兩個測量結果之間的差別不到 0.4歐姆。

圖5  TDR 的測量結果之間的相關性