矢量网络分析仪（VNA）高速数字电路评估中测量频率带宽的选择

随着PCIe、USB等高速数字传输技术的发展，人工智能、汽车电子和光通信等领域对信号完整性要求日益提升。高频信号在传输过程中易受材料损耗、串扰、抖动及眼图恶化影响，导致信号质量下降。为确保设计可靠性，需使用矢量网络分析仪（VNA）评估阻抗、S参数和损耗等频率特性。
数字信号多为方波，由基波及高次谐波叠加而成。高频谐波对信号边沿陡峭性至关重要。然而，无限谐波无法实际测量，通常仅考虑基波3至5倍频率范围内的谐波分量。

选择合适测量带宽的关键是奈奎斯特频率。对于NRZ信号，其符号速率与数据速率相等，奈奎斯特频率为符号速率的一半。例如，100 Gbps NRZ信号的符号速率为100 Gbaud，奈奎斯特频率为50 GHz。PAM4每个符号携带2比特信息，数据速率是符号速率的两倍，其奈奎斯特频率仍为符号速率的一半。如200 Gbps PAM4信号，符号速率为100 Gbaud，奈奎斯特频率亦为50 GHz。

为准确评估信号特性，VNA测量带宽应至少覆盖三倍奈奎斯特频率。即对上述NRZ和PAM4信号，需支持150 GHz以上的测量带宽，以包含三次谐波，确保信号完整性分析的准确性。
传统VNA在毫米波频段需更换波导模块，导致重新校准和数据不连续（阶梯效应），影响测量精度与效率。安立公司VectorStar ME7838系列VNA支持70 kHz至220 GHz单次扫描，无需切换模块，实现连续、高精度S参数测量，并可通过MA25400A模块将频率扩展至1.1 THz，显著提升研发效率。
综上，在高速数字电路评估中，应以奈奎斯特频率为基础，选择至少三倍该频率的测量带宽。同时，采用宽频带、单次扫描的VNA解决方案，可有效克服传统技术瓶颈，实现高效、精准的宽带特性验证，助力超高速电子系统研发。


审核编辑 黄宇