基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的TDR測(cè)試分析

      奈圖爾科技（www.ntooler.com）整理消息： 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀是測(cè)量被測(cè)件（DUT）頻率響應(yīng)的儀器，測(cè)量的時(shí)候給被測(cè)器件輸入一個(gè)正弦波激勵(lì)信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)算輸入信號(hào)與傳輸信號(hào)（S21）或反射信號(hào)（S11）之間的矢量幅度比（圖1）得到測(cè)量結(jié)果；在測(cè)量的頻率范圍內(nèi)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行掃描就可以獲得被測(cè)器件的頻率響應(yīng)特性；在測(cè)量接收機(jī)中使用帶通濾波器可以把噪聲和不需要的信號(hào)從測(cè)量結(jié)果中去掉，提高測(cè)量精度。

圖1 輸入信號(hào)、反射信號(hào)和傳輸信號(hào)示意圖

圖2 在測(cè)量頻率范圍內(nèi)掃描正弦波激勵(lì)信號(hào)，就可用 VNA 測(cè)得被測(cè)器件的頻率響應(yīng)特性

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

圖3從傅立葉逆變換中推導(dǎo)出的階躍響應(yīng)特性與沖激響應(yīng)特性之間的關(guān)系

      通過(guò)傅立葉逆變換得到的時(shí)域特性的時(shí)間分辨率和時(shí)間測(cè)量范圍分別對(duì)應(yīng)于**測(cè)量頻率的倒數(shù)和頻率掃描間隔的倒數(shù)（圖4）。例如，若**測(cè)量頻率是 10 GHz，則時(shí)間分辨率為 100 ps。我們似乎可以認(rèn)為通過(guò)不斷縮小頻率掃描的間隔就可以無(wú)限地?cái)U(kuò)大測(cè)量的時(shí)間范圍，但事實(shí)上卻存在限制。因?yàn)楦盗⑷~逆變換中使用的頻率數(shù)據(jù)在頻域中必須是等距的，若掃描的頻率間隔比 VNA 的*低測(cè)量頻率還要小，那么就不能執(zhí)行傅立葉逆變換。例如，如果 VNA 的*低測(cè)量頻率是 100 kHz，則在時(shí)域測(cè)量中能夠得到的*大時(shí)間測(cè)量范圍就是 10 us，對(duì)于 TDR 的測(cè)量應(yīng)用，這足夠了。

圖4  時(shí)域參數(shù)（時(shí)間分辨率和時(shí)間測(cè)量范圍）與頻域參數(shù)（頻率和掃描頻率間隔）之間的關(guān)系

      圖5顯示的是使用基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀TDR和基于示波器86100D的TDR，對(duì)同一被測(cè)件的阻抗進(jìn)行測(cè)量，得到的響應(yīng)曲線之間的相關(guān)性。兩個(gè)測(cè)量結(jié)果之間的差別不到 0.4歐姆。

圖5  TDR 的測(cè)量結(jié)果之間的相關(guān)性