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时域反射计示波器与矢量网络分析仪生成时域波形之间的比较

访问量:5时间:2022-05-18

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。


参考文件

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