在射頻及以上頻段，為將PCB上的測試電路引入測試通路中，須借助PCB上的射頻測試端口或射頻探針。但PCB設(shè)計(jì)所提供的射頻測試點(diǎn)并不總是能夠?qū)崿F(xiàn)將待測試的部分直接引入，有時(shí)不得不將待測試電路兩端的其他電路一并作為DUT進(jìn)行測試；而射頻探針本身也將影響測試結(jié)果。TDR需要使用夾具去嵌入方法對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行校正，VNA方案給出的夾具去嵌入方案基于S參數(shù)矩陣的夾具網(wǎng)絡(luò)特性描述，只需仿真方法獲得射頻測試點(diǎn)至待測電路之間的網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)矩陣或直接導(dǎo)入射頻探針生產(chǎn)商給出的SNP文件即可從測試結(jié)果中去除夾具網(wǎng)絡(luò)的影響。

圖4-3 使用VNA-TDR進(jìn)行PCB測試

圖4-4 PCB測試夾具網(wǎng)絡(luò)去嵌入

為方便地獲得DUT各點(diǎn)處的阻抗值，使用低通階躍模式進(jìn)行測試；將時(shí)域響應(yīng)以阻抗格式顯示，橫軸時(shí)間代表反射波達(dá)到校準(zhǔn)參考面(夾具靠近DUT的端口)所需時(shí)間，可用于定位跡線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳輸線位置。利用光標(biāo)可讀出傳輸線上各處對(duì)應(yīng)的特征阻抗值，通過分析阻抗隨時(shí)間軸的變化可分析傳輸線上的故障類型。

若DUT的阻抗分布如下圖所示，可觀察到圖中存在多個(gè)阻抗失配點(diǎn)。由于前面的失配點(diǎn)處部分測試信號(hào)被反射，將導(dǎo)致到達(dá)后續(xù)失配點(diǎn)的測試信號(hào)偏小，從而影響對(duì)后續(xù)失配點(diǎn)反射系數(shù)的計(jì)算精度；這被稱作多重失配的掩蔽現(xiàn)象。如果測試信號(hào)在DUT傳輸過程中無損耗的傳輸，那么可根據(jù)之前時(shí)刻接收到的反射信號(hào)推算到達(dá)DUT后續(xù)部分的實(shí)際入射信號(hào)，從而解決上述問題；但如果測試信號(hào)在DUT傳輸過程中存在較大的損耗或旁路泄漏，使用此法不可獲得真實(shí)入射信號(hào)值，反而可能引起更大的精度問題。

(a) 未啟用掩蔽補(bǔ)償

(b) 啟用掩蔽補(bǔ)償

圖4-5 掩蔽補(bǔ)償功能效果

上圖為某存在兩段阻抗失配的傳輸線TDR測試結(jié)果。在未啟用掩蔽補(bǔ)償時(shí)，可觀察到在光標(biāo)標(biāo)識(shí)的位置存在阻抗失配現(xiàn)象；但時(shí)域上在第一個(gè)阻抗失配點(diǎn)(由光標(biāo)1標(biāo)識(shí))之后的入射波電壓下降，導(dǎo)致根據(jù)后續(xù)的反射波電壓計(jì)算的后續(xù)失配點(diǎn)阻抗(由光標(biāo)2標(biāo)識(shí))存在誤差。此外，后續(xù)反射波在多個(gè)失配點(diǎn)處多次反射，導(dǎo)致反射波部分功率延后到達(dá)測試端口，因此可觀察到在每一段失配后存在錯(cuò)誤的失配鏡像(由紅色方框標(biāo)識(shí))。

在啟用多重失配掩蔽補(bǔ)償功能后，可消除因掩蔽現(xiàn)象導(dǎo)致的誤差；使用光標(biāo)讀出各段的阻抗值及所在位置，并根據(jù)阻抗變化情況判斷故障類型。在上圖中可讀出在距離校準(zhǔn)參考面(或夾具端口)后約300mm及650mm處分別存在阻抗約為20、75Ω的失配段。

在進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)修正之前，可利用TDR的時(shí)域門控功能對(duì)時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行帶阻濾波，以模擬某一部分故障排除后的系統(tǒng)頻域響應(yīng)；或?qū)r(shí)域響應(yīng)進(jìn)行帶通濾波，分析某一故障對(duì)系統(tǒng)頻域響應(yīng)的影響。TDR時(shí)域門控的基本原理是在時(shí)域上進(jìn)行濾波，然后再將其變換到頻域；而VNA方案中可直接在頻域上與濾波器進(jìn)行卷積實(shí)現(xiàn)時(shí)域門控效果。

由于濾波器通帶紋波、截止速率與旁瓣電平對(duì)時(shí)域門控效果存在一定影響，因此才使用窗函數(shù)法進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，可對(duì)窗函數(shù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)配置，以獲得理想的門控效果。

此外，由于在時(shí)域?yàn)V波前的時(shí)域響應(yīng)受到多重失配掩蔽現(xiàn)象的影響，時(shí)域門控并不能完全得到理想的頻域響應(yīng)。例如，在保留時(shí)間軸左側(cè)較嚴(yán)重的失配點(diǎn)，并對(duì)后續(xù)的失配點(diǎn)時(shí)域位置進(jìn)行帶阻濾波時(shí)；由于后續(xù)失配點(diǎn)處的時(shí)域響應(yīng)受到掩蔽現(xiàn)象的影響，故所得的頻域響應(yīng)與理想值相比可能存在較大偏差。

為展示時(shí)域門控功能在測試中的應(yīng)用，現(xiàn)將對(duì)某傳輸線上添加兩個(gè)旁路電容，對(duì)其進(jìn)行TDR測量所得結(jié)果如下圖(a), (b)所示。為獲得第一個(gè)旁路電容對(duì)傳輸線頻率響應(yīng)的影響，或者模擬消除第二個(gè)旁路電容影響后的系統(tǒng)響應(yīng)，對(duì)第二個(gè)失配點(diǎn)(光標(biāo)2標(biāo)識(shí)處)執(zhí)行時(shí)域帶阻選通，所得頻率響應(yīng)如下圖(c)所示。