2021年03月30日 | 时域反射计示波器与矢量网络分析仪生成时域波形的比较

时域分析(TDA)是一种通过TDR 时域反射计示波器使用来评估传输线路的常见方法。同时，基于矢量网络分析仪(VNA)的TDR测量作为一种时域分析的替代方法，越来越受到人们的关注。

E5071C选件TDR为基于VNA的TDR 时域反射计测量提供了一种同一平台的综合解决方案，并且提供了传统TDR示波器中所没有的独特功能。本应用指南的目的是通过将使用E5071C ENA 矢量网络分析仪和86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器主机测定的数据进行对比，从而验证E5071C选件TDR 时域反射计的用途。

TDR 时域反射计示波器和VNA 矢量网络分析仪基本要素

TDR 时域反射计示波器历来被用于时域分析。它向被测设备（DIJT）启动快速边缘，并直接对电压进行采样，从而在时域中重组波形。尽管该回波技术的方法直接明了，但测量精度较低。

VNA 矢量网络分析仪通常用于网络特性描述。它发出正弦波同时测量入射电压和反射电压的矢量比。正弦波的频率经过扫频，获得DUT对频率函数的响应。由于与TDR示波器相比，VNA 矢量网络分析仪具有更广泛的动态范围，因此其可以进行更精确的测量。在基于VNA 矢量网络分析仪的TDR测量中，测定的频率响应通过计算反向快速傅立叶变换而转换成时间响应。

测量数据和比较

我们比较了提取自E5071C ENA 矢量网络分析仪和86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器主机的TDR/TDT测量和眼图的经验数据。

A. TDR 时域反射计和TDT测量

如图1所示，使用相同DUT在每个测试设备上进行了板级差分跟踪测量。在进行测量之前，对E5071C ENA 矢量网络分析仪进行了完整的4端口校准，并对86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器主机进行了TDR/TDT校准。两个仪器的测量数据如图2所示。TDR和TDT波形分别按照阻抗和电压显示。在该比较中，86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器主机形成的波形取16次的平均值，从而稳定测量值。结果显示这两种方法是完全可比的。例如，在TDR波形中，振幅差异在0.7一1.0纳秒范围内保持在0.4欧姆以内。在TDT波形中，振幅差异在2.0-3.0℃纳秒范围内保持在3毫伏以内。

图1. 测定的DIJT

图2. 86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器 和 E5071C ENA 矢量网络分析仪形成的TDR波形（上）和TDT波形（下）

1．为了消除由于校准方法的不同而造成的时序偏移，E5071C的TDR和TDT波形分别被移动了+20 psec和 -70 psec。

B.眼图

Keysight N4903B是一个标准的比特误差率测试仪，其与86100D DCA-X 宽带宽示波器一起使用来绘制眼图。同时，E5071C选件TDR 时域反射计根据内部生成的比特流来绘制模拟眼图。在两个测量系统中使用长度相等的电缆，且不能补偿电缆的插入损耗（没有任何办法来补偿电缆的插入损耗）。图3显示了由86100D DCA-X 宽带宽示波器和E5071C选件TDR绘制的眼图。它们在形状上非常相似。

图3. 从86100D 宽带宽示波器(左)和E5071C(右)中提取的眼图

小结

在本文中，我们介绍了使用E5071C选件TDR进行的时域分析，并将结果与标准86100D DCA-X 宽带宽示波器的结果相比较。从每个仪器中提取的TDR/TDT波形和眼图均为完全可比的。其确保了E5071C选件TDR在时域分析中的可靠性。

附录：测试程序

设备

一 具有TDR选件的 Keysight E5071C一4K5矢量网络分析仪

一 Keysight 86100D DCA-X 宽带宽示波器

一 左模块：54754A 差分和单端 TDR/TDT模块

一 右模块：86112A 双通道电模块

一 Keysight N4903B J-BERT比特误差率测试仪

E5071C选件TDR

A. TDR/TDT测量

1．将3.5mm的SMA电缆连接至所有测试端口。

2．打开Setup菜单，并点击Default Setup按钮。

3．使用设罟向导设罟测量条件。

打开Setup菜单，然后点击Setup Wizard按钮。
概述：选中Use ECal模块复选框。
步骤1/5：选择差分DUT双端口按钮。
步骤2/5：将ECaI模块连接至电缆，然后点击校准按钮。
步骤3/5：由于未使用夹畀，因此跳过此步骤。
步骤4/5：连接DUT,然后点击测量按钮。
步骤5/5：将上升时间设为"35ps”，然后从“清晰度”的下拉列表中选择“10一90％”

4. 点击Trace并选择“3”，激活迹线3。

5. 打开TDR/TDT菜单，并从“格式”的下拉列表中选择“伏特”。迹线1表示了按照阻抗的TDR测量。迹线3表示了按照电压的TDT测量

B．模拟眼图

1．使用设罟向导设罟测量条件。

打开Setup菜单，并点击Setup Wizard按钮。

一概述：取消选中 UseECal 模块复选框。

一步骤1/4：选择差分DUT双端口按钮
一步骤2/4：断开DIJT，并点击偏斜消除按钮。
一步骤3／4：连接DUT，点击测量按钮。
一步骤4/4：将上升时间设罟为“22ps”，并从清晰度的下拉列表中选择“10一90％”。

2．点击Trace，然后选择“5”，激活迹线5。

3. 打开Eye/Mask菜单，并对比特样式进行设罟。

类型=PRBS 长度(比特）：2^7 - 1

振幅=200mV 数据速率：1Gb/s

4，点击Draw Eye。

对于更加严格的比较，应根据观测值调节上升阶跃。请参照附录中的“ 阶跃调节 "

86100D和N4903B

A.TDR/TDT测量

86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器

1．按下前面板上的[Default Setup]硬键。

2．校准模块[1][2]。

一打开Calibrate菜单，然后点击AII Calibrate，打开所有校准对话框。
一利用模块校准向导，在左、右模块上进行校准。

3．按下[TDR/TDT mode]硬键，进入TDR/TDT模式。

4. 设罟测量条件。

一点击工具样上设罟选项卡下的TDRSetupE钮，打开TDR/TDT设罟对话框。

一将Stimulus Mode设为“差分”，点击表明2一端口平衡的选项卡。

一对两个模块进行偏斜消除2。

一利用向导进行TDR/TDT校准[2]。

一将Effective Rise Time设为“35ps”。

一勾选Measurement Results 面板上的"Dlff TDR”和"Diff TDT”复选框。

一关闭TDR/TDT Setup对话框。

5. 更改TDR波形的测量单位。

一点击通道1垂标度的按钮。

一点击Advanced按钮，将单位设罟为“欧姆”。

B.眼图

1，将触发时钟从 N4903B 输入到 86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器。

2．将 N4903B 前面板上的 DTAT OUT 和 OUT 分别连接至 86100D 上的通道3和4。

N4903B

3．按下前面板上的[Preset]硬键。

4. 点击选择选项卡下的SeIect Pattern按钮，打开选择样式对话框。

选择“2^n一1 PRBS”，并将Pattern Size设为“2^7一1”

5．点击PG Setup选项卡下的Bit Rate SetupE钮。

6. 在数值和单位文本框中输入"1 GHz”。

86100D

7. 与TDR/TDT测量的方式一样校准模块。

8．按下前面板上的[Source]按钮，将触发源设罟为“前面板”

9. 打开setup菜单，然后点击Trigger,打开触发对话框。

一将Trigger Bandwidth设为标准(DC-3.2 GHz)。

10．打开Measure菜单，然后点击Math..，打开数学对话框。

一将Operators设为“减”，来源1和2分别选择“通道3”和“通道4”

一选中Function 1 Display On

11，按下前面板上的[Auto Scale]硬键。

阶跃上升调节

应当对TDT波形进行阶跃上升调节。

E5071C选件TDR

1. 点击Trace并选择“5”，激活迹线5。

2．连续点击MarderSearch和RiseTime（10一90％），在屏幕的左上角会出现测定值。

86100D Infiniium DCA-X 宽带宽示波器主机

1. 打开 Measurement菜单，连续点击 TDR/TDT 和 Risetime

2．将Source 设为 Response 3，点击OK，测定结果会显示在屏幕的下面。

对上升时间进行微调，使得观测值在两个仪器上是等效的。