基于矢量网络分析仪E5071C的TDR与传统采样示波器.pdf

基于矢量网络分析仪 E5071C 的 TDR 与传统采样示波器 TDR 之间 的测量性能和优势比较 序言 最近几年随着多 Gbps 传输的普及，数字通信标准的比特率也在迅速 提升。例如，USB 3.0 的比特率达到 5 Gbps 。比特率的提高使得在传统数 字系统中不曾见过的问题显现了出来。诸如反射和损耗的问题会造成数 字信号失真，导致出现误码。另外由于保证器件正确工作的可接受时间 裕量不断减少，信号路径上的时序偏差问题变得非常重要。杂散电容所 产生的辐射电磁波和耦合会导致串扰，使器件工作出现错误。随着电路 越来越小、越来越紧密，这一问题也就越来越明显。更糟糕的是，电源 电压的降低将会导致信噪比降低，使器件的工作更容易受到噪声的影响。 尽管这些问题增加了数字电路设计的难度，但是设计人员在缩短开发时 间上受到的压力丝毫没有减轻。 图 1. 数字系统设计中的问题。 随着比特率的提高，尽管无法避免上述问题，但是使用高精度的测量仪 器可以对此类问题进行检测和表征。以下是使用仪器处理这些问题时必须要 遵守的测量要求 : a. 在更宽的频率范围都要有很大的测量动态范围 实现高动态范围的一种方法是降低噪声。如果仪器噪声达到最低水平，就 可以把很小的信号 ( 例如串扰信号 ) 测量出来。精确地测量高频元器件也很 关键，因为它们是导致信号完整性问题的最常见原因。 b. 激励信号要能精确地同步起来 在测量多条微带线之间信号的时序偏差时，精确同步的激励信号更能保证 精确的测量结果。 c. 快速进行测量并刷新仪表屏幕上显示的测量结果 能够快速进行测量并刷新所显示的测量结果可以使产品的设计效率更高并 提高生产吞吐量。 传统上，基于采样示波器的时域反射计 (TDR) 一直用于电缆和印刷电路 板的测试。由于这种示波器的噪声相对较大，同时实现高动态范围和快速测 量具有一定难度，虽然通过取平均法可以降低噪声，但是这会影响测量速度。 示波器上用于测量时序偏差的多个信号源之间的抖动，也会导致测量误差。 此外，给 TDR 示波器设计静电放电 (ESD) 保护电路非常困难，因此 TDR 示波器 容易被 ESD 损坏。 这些问题只凭 TDR 示波器基本上很难解决，只有通过 E5071C-TDR —基 于矢量网络分析仪 (VNA) 的 TDR 解决方案才能解决。 2 使用矢量网络分析仪进行时域反射计测量 VNA 进行哪些测量 ? VNA 是测量被测件 (DUT) 频率响应的仪器，测量的时候给被测器件输入 一个正弦波激励信号，然后通过计算输入信号与传输信号 (S21) 或反射信号 (S11) 之间的矢量幅度比 ( 图 2) 得到测量结果 ; 在测量的频率范围内对输入的信 号进行扫描就可以获得被测器件的频率响应特性 ( 图 3); 在测量接收机中使用 带通滤波器可以把噪声和不需要的信号从测量结果中去掉，提高测量精度。 S21 1 2 S11 图 2. 输入信号、反射信号和传输信号示意图。 1 (f=F) f f F F 2 (f=F+∆F)