使用矢量网络分析仪VNA完成TDR测试
矢量网络分析仪与时域反射计(TDR)是射频器件测试领域使用广泛的测试仪器;前者通过测量被测器件(DUT)在各频率上的散射参数，得到DUT的频率响应;而基于采样示波器的TDR通过向DUT提供脉冲或阶跃激励，并对反射信号电压进行采样分析，得到DUT的时域响应。
图1-1 采样示波器TDR原理示意图
TDR通过时域反射波测量可揭示DUT各位置上的特性阻抗，被广泛应用于电缆与印刷电路板的故障定位。类似地，对传输信号的时域测量，可直观地展示DUT的时域传输特性，对系统噪声、串扰等干扰因素的分析提供有力帮助。
图1-2 TDR故障定位原理
现代数字信号系统向着高速率、低功耗方向发展，前者为系统提供更快的数据传输、处理能力，而后者通过降低信号电平显著降低系统功耗。然而这对系统设计与测试工程提出了更高的要求：高比特率的数字信号系统导致信号通路间的时序偏移裕度下降，阻抗失配等原因引发的发射与损耗将引发更严重的信号失真，因杂散引入串扰与耦合也将产生更强的噪声干扰。而信号电平的降低也导致信噪比的进一步恶化。为了实现对上述问题的测试与分析，要求相关测量仪器必须具有更高的测试精度。
由于脉冲与阶跃信号中的高频分量占比较�。砊DR在高频段的测量更易受到噪声干扰，加之其测试带宽受制于模拟前端电路频率特性与内部信号采样率;采用传统TDR方案实现DUT高频段特性测试成本较高。
在采用更低信号电平的数字系统测试中，传统TDR不得不降低其激励信号功率，防止损坏DUT;但这将要求测试信号具有更高的信噪比，以防止测试精度下降。
在多传输通道时序测试中，为实现传输通道时序偏差的精准测量，要求TDR提供精准同步的激励信号;随着数字信号的比特率不断提高，激励信号的同步要求也愈加难以实现。
为满足上述测试要求，基于示波器的TDR方案开发设计与生产实现成本显著增加;而矢量网络分析仪(VNA)作为射频频域测试仪器，通过傅里叶逆变换的基本方法实现对DUT的时域测试功能，可作为传统TDR方案的替代方案。
1、基于VNA的TDR原理
VNA通过向DUT提供单频正弦波激励，测量并计算输入信号与传输(反射)信号的矢量幅度比，以散射参数的形式给出。VNA在进行测量时，激励信号频率在某一频率范围内上进行扫描，从而获得DUT在该频率范围内的频率响应。
VNA工作原理
VNA在单频正弦波激励下分别对入射波与反射(传输)波进行矢量测量，以获取其功率及相位信息进行进一步计算与分析;因此在VNA测试端口存在用于测量入射波的参考接收机与用于测量反射(传输)波的测量接收机，并采用定向耦合器用于分离不同传输方向的行波信号。由于接收机总是仅需测量某单一频率上的信号，VNA通常采用与射频激励源进行同步频率扫描的内部本振源将测试信号混频至中频，并在接收机前引入中频滤波器滤除其他频率上的干扰信号。
对于多传输通道时序测试，VNA通常采用对各单端激励情形进行分别进行矢量测量，输入信号的波动在输出信号与输入信号矢量比计算中被抵消，规避了激励信号难以实现精准同步的问题。
图2-1 VNA硬件框图
基于VNA的TDR方案的基本思想是对DUT频率响应进行傅里叶逆变换可得到其单位冲激响应，对冲激响应进行积分可得阶跃响应。VNA频率测试点总是离散的，而直接使用离散傅里叶逆变换来实现时域变换，时域响应的分辨率与频域测试带宽、时域响应长度与频域测试步进频率分别成反比关系。在测量点数固定的情形下，时域分辨率与频域分辨率是不可兼得的;为解决这一矛盾，VNA通常采用线性调频Z变换(Chirp-Z transform)来实现从频域响应到时域响应的变换，由此获得任意时间内的时域响应。
此方案的另一问题在于VNA的频域测试范围总是有限的，在频域测试范围内的测试精度相对稳定，但无法测得DUT的零频(直流)与超出VNA测试频带外的频率响应。零频响应在计算时域冲激响应与阶跃响应时是不可缺少的参数，故VNA需要通过测试频带内的频率影响来估计零频响应;为了获得较好的估计效果且方便进行变换，通常要求频域测试点的起始频率等于步进频率，让测试频率位于过零点的直线上。而带外频率响应却难以估计，通常将其视为零;而截断效应将导致变换所得的时域响应中存在过冲与旁瓣;而尽管传统TDR模拟前端电路本身存在带宽限制，但其高频响应相对较为光滑，并不会产生明显的截断效应。
VNA采用对频域响上应用窗函数的方法抑制截断效应，但其代价是降低时域分辨率;从在时域上看，窗函数增大了冲激激励的冲激宽度(阶跃激励的上升时间)，可应用于分析不同上升时间的数字信号传输性能。
2、两种TDR方案对比
相较于基于示波器的TDR方案，基于VNA的TDR方案在高速率、低功耗的现代数字系统设计与测试中具有更大优势。
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