由于动态范围与噪声衰减成正比,那么在相同测量时间内,VNA方案较示波器方案所得的动态范围扩大倍率为:
在实际测量中,噪声带宽fn等于采样示波器的截止频率fc,而后者远高于物理采样频率fps;VNA方案的动态范围要明显高于采样示波器方案。
三、VNA方案更易于实现
第三,对多条传输线时序测试时,示波器方案需要严格时序同步的激励信号,激励信号波动直接影响测试精度,在高频段测量时实现难度很大;而VNA方案采用矢量比测量方法消除了激励信号波动对各传输线性能测试的影响,易于实现。
四、VNA方案可以减少信号间干扰
第四,对上电工作状态下的DUT进行测量时,VNA方案可通过调整频率扫描点避开DUT内部信号频率,实现测试信号与DUT内部信号的互不干扰。而示波器方案难以排除DUT内部信号干扰,无法进行上电DUT测试。
(a) 存在DUT上电干扰时无法正常进行阻抗测量
(b) 调整频率扫描规避上电干扰信号
图3-1 Hot TDR功能效果示意图
五、VNA方案更便于分析
第五,VNA方案有利于将频域测试与时域测试相结合,有利于分析与仿真频域补偿方案对DUT传输性能的影响,例如在接收端引入均衡滤波器等。
3、工程应用实例
本部分将介绍基于VNA的TDR方案在实际研发测试中的两种典型应用场景:印刷电路板布线故障分析与高速数字信号传输性能分析。
1、 印刷电路板布线故障分析
印刷电路板(PCB)上布线故障分析是TDR的最常见的应用场景,基于VNA的TDR方案可结合频域测试的优势提供相同的测试功能。
准备工作
在进行实际测量之前,需要对VNA进行校准,以便在后续测量结果中排除测试系统误差。为获得最高的测量精度,使用标准校准件对VNA测试端口进行OSL校准。
图4-1 VNA校准
若被测传输线具有与VNA系统阻抗不同的特征阻抗值,应当在进行实际测试前将VNA测试端口阻抗设置为传输线特征阻抗值。
TDR进行故障定位的基本原理是通过反射信号相对于激励的延时计算反射点所在的位置,但电磁波的传播速率因介质而异,因此为方便地读取DUT上各故障点所在的位置,可进行实际测试前设置DUT中介质介电常数或传播常数(计算时默认磁导率为1.0)。
图4-2 VNA-TDR参数配置