最近幾年隨著多Gbps傳輸的普及，數字通信標準的比特率也在迅速提升。例如， USB 3.0的比特率達到 5 Gbps。比特率的提高使得在傳統數字系統中不曾見過的問題顯現了出來。諸如反射和損耗的問題會造成數字信號失真，導致出現誤碼。另外由于保證器件正確工作的可接受時間裕量不斷減少，信號路徑上的時序偏差問題變得非常重要。雜散電容所產生的輻射電磁波和耦合會導致串擾，使器件工作出現錯誤。隨著電路越來越小、越來越緊密，這一問題也就越來越明顯。更糟糕的是，電源電壓的降低將會導致信噪比降低，使器件的工作更容易受到噪聲的影響。盡管這些問題增加了數字電路設計的難度，但是設計人員在縮短開發時間上受到的壓力絲毫沒有減輕。

隨著比特率的提高，盡管無法避免上述問題，但是使用高精度的測量儀器可以對此類問題進行檢測和表征。以下是使用儀器處理這些問題時必須要遵守的測量要求:

a.在更寬的頻率范圍都要有很大的測量動態范圍
實現高動態范圍的一種方法是降低噪聲。如果儀器噪聲達到最低水平，就可以把很小的信號(例如串擾信號)測量出來。精確地測量高頻元器件也很關鍵，因為它們是導致信號完整性問題的最常見原因。

b.激勵信號要能精確地同步起來
在測量多條微帶線之間信號的時序偏差時，精確同步的激勵信號更能保證精確的測量結果。

c.快速進行測量并刷新儀表屏幕上顯示的測量結果
能夠快速進行測量并刷新所顯示的測量結果可以使產品的設計效率更高并提高生產吞吐量。

傳統上，基于采樣示波器的時域反射計 (TDR)一直用于電纜和印刷電路板的測試。由于這種示波器的噪聲相對較大，同時實現高動態范圍和快速測量具有一定難度，雖然通過取平均法可以降低噪聲，但是這會影響測量速度。示波器上用于測量時序偏差的多個信號源之間的抖動，也會導致測量誤差。此外，給 TDR示波器設計靜電放電(ESD)保護電路非常困難，因此 TDR示波器容易被 ESD損壞。

這些問題只憑 TDR示波器基本上很難解決，只有通過 E5071C-TDR —基于矢量網絡分析儀(VNA)的 TDR解決方案才能解決。

使用矢量網絡分析儀進行時域反射計測量

VNA進行哪些測量?
VNA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 2)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(圖3); 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。

從頻域變換到時域 (傅立葉逆變換)

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4)。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。

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最高測量頻率的倒數和頻率掃描間隔的倒數(圖 5)。例如，若最高測量頻率是 10GHz，則時間分辨率為 100ps。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的最低測量頻率還要小，那么就不能執行傅立葉逆變換。例如，如果 VNA的最低測量頻率是100kHz，則在時域測量中能夠得到的最大時間測量范圍就是10 μs，對于 TDR的測量應用，這足夠了。

圖 6顯示的是使用基于 VNA的 TDR (Agilent E5071C-TDR)和示波器 TDR (Agilent DCA 86100C TDR)，對同一被測件 (用Hosiden的測試夾具和電纜)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 ?。