基于VNA的TDR方案的基本思想是對DUT頻率響應(yīng)進(jìn)行傅里葉逆變換可得到其單位沖激響應(yīng)，對沖激響應(yīng)進(jìn)行積分可得階躍響應(yīng)。VNA頻率測試點(diǎn)總是離散的，而直接使用離散傅里葉逆變換來實現(xiàn)時域變換，時域響應(yīng)的分辨率與頻域測試帶寬、時域響應(yīng)長度與頻域測試步進(jìn)頻率分別成反比關(guān)系。在測量點(diǎn)數(shù)固定的情形下，時域分辨率與頻域分辨率是不可兼得的；為解決這一矛盾，VNA通常采用線性調(diào)頻Z變換(Chirp-Z transform)來實現(xiàn)從頻域響應(yīng)到時域響應(yīng)的變換，由此獲得任意時間內(nèi)的時域響應(yīng)。

此方案的另一問題在于VNA的頻域測試范圍總是有限的，在頻域測試范圍內(nèi)的測試精度相對穩(wěn)定，但無法測得DUT的零頻(直流)與超出VNA測試頻帶外的頻率響應(yīng)。零頻響應(yīng)在計算時域沖激響應(yīng)與階躍響應(yīng)時是不可缺少的參數(shù)，故VNA需要通過測試頻帶內(nèi)的頻率影響來估計零頻響應(yīng)；為了獲得較好的估計效果且方便進(jìn)行變換，通常要求頻域測試點(diǎn)的起始頻率等于步進(jìn)頻率，讓測試頻率位于過零點(diǎn)的直線上。而帶外頻率響應(yīng)卻難以估計，通常將其視為零；而截斷效應(yīng)將導(dǎo)致變換所得的時域響應(yīng)中存在過沖與旁瓣；而盡管傳統(tǒng)TDR模擬前端電路本身存在帶寬限制，但其高頻響應(yīng)相對較為光滑，并不會產(chǎn)生明顯的截斷效應(yīng)。

VNA采用對頻域響上應(yīng)用窗函數(shù)的方法抑制截斷效應(yīng)，但其代價是降低時域分辨率；從在時域上看，窗函數(shù)增大了沖激激勵的沖激寬度(階躍激勵的上升時間)，可應(yīng)用于分析不同上升時間的數(shù)字信號傳輸性能。

2、兩種TDR方案對比

相較于基于示波器的TDR方案，基于VNA的TDR方案在高速率、低功耗的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與測試中具有更大優(yōu)勢。

一、VNA方案實現(xiàn)成本更低

第一，對于工作于較高頻段的被測設(shè)備，VNA方案實現(xiàn)成本更低。如前所述，示波器方案在高頻段受限于模擬前端電路頻率特性與信號采樣率，當(dāng)測試頻率上升時，其設(shè)計與實現(xiàn)成本將大幅上升。而VNA方案采用單頻正弦波激勵、中頻測量的工作模式，接收模擬電路工作于固定中頻上，實現(xiàn)較大測試帶寬的成本相對容易。

二、VNA方案有利于提高信號信噪比

第二，VNA方案有利于濾除噪聲干擾，提高測試信號信噪比。由于激勵信號中高頻分量占比小，示波器方案在進(jìn)行高頻測量時對噪聲干擾更敏感，在對低功耗系統(tǒng)的測試時更為嚴(yán)重，需要使用具有更低噪聲干擾的信號源與模擬電路設(shè)計。而VNA方案采用單頻正弦波激勵，在整個測試帶寬內(nèi)的測試信號功率變化幾乎可以維持不變；而在接收采樣電路中還引入中頻濾波器，以濾除其他頻段的噪聲干擾，接收信號信噪比明顯提高。

中頻濾波器的引入可有效地提升信噪比，但它也降低了測量速率，導(dǎo)致VNA在單個頻率測量時間延長。示波器方案具有更短的測量時間，因此可利用多次測量取平均的方法排除噪聲對測量的干擾。

為了分析在相同測量時間內(nèi)兩方案可達(dá)到的動態(tài)范圍，可做簡略的定量分析。若示波器方案采用物理采樣頻率fps的采樣電路進(jìn)行等效采樣率為fes的等效時間采樣，在信號時間長度為T的情形下，采樣點(diǎn)數(shù)量M為

測量時間TS0為：

而VNA方案的單個測量點(diǎn)測量時間反比于中頻濾波器帶寬fBW，因此VNA方案的總測量時間TS1為：

因此在VNA測量時間內(nèi)，示波器可進(jìn)行重復(fù)測量，噪聲衰減倍率N0與重復(fù)測量測試成正比：

假定測試信號中存在帶寬為fn的白噪聲，中頻濾波器可將噪聲功率衰減倍率N1為：