差分電路可以有效地去除高頻、高速設計中的共模噪聲。差分器件和傳輸線不僅常被用于高速數(shù)字總線設計，而且也被用于包括手機在內(nèi)的許多射頻和微波產(chǎn)品中。與測試傳統(tǒng)的單端器件相比，測試差分器件和傳輸線需要更多的測試端口。Anritsu(安立)公司的12端口矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)能夠?qū)ぷ髟?40~65GHz頻率范圍內(nèi)的單端信號、混合模式和差分器件進行散射參數(shù)(S參數(shù))測試，非常適合高速器件和系統(tǒng)的信號完整性(SI)測量。

Anritsu的12端口65GHz系統(tǒng)由一個型號為37397D的雙端口VNA系統(tǒng)、一個外部測試裝置以及多個安置方便的端口模塊組成。這種移動測試端口可以緊靠任何形狀的被測設備(DUT)放置，從而使得該測量系統(tǒng)與晶圓探測系統(tǒng)一起使用時能發(fā)揮強大功能。適用于4、8和12端口應用的測試系統(tǒng)校準功能得到了PAF公司的一款靈活的校準和測量軟件的支持。這個功能強大的軟件可以幫助操作人員應對最困難的多端口測試，包括晶圓級測量。針對具有144個S 參數(shù)的復雜測量，這個12端口VNA系統(tǒng)和軟件支持一個精確的78項錯誤模型，帶有至少有17條連接。

VNA傳統(tǒng)上常被用來對單端50Ω元器件進行S參數(shù)測量，但隨著數(shù)字通信系統(tǒng)和總線速度、頻率的提高，多端口混合模式S參數(shù)已經(jīng)成為分析高速數(shù)字信號線、總線和器件信號完整性(SI)的有效工具。例如，VNA可以直接測量高速通道上的串擾。雖然高速背板中設計的通道相互之間是獨立的，但它們經(jīng)常受到高速/ 高頻信號通道之間串擾的影響。對于USB3.0或第3代PCI Express等速度已經(jīng)超過10Gbps的數(shù)字通信標準來說，12端口65GHz VNA測試系統(tǒng)可以在全速狀態(tài)下提供有意義的信號完整性測量，能為多通道同時測量提供必需的測量端口。

除了高速背板，越來越多的無線元器件和設備也采用差分(平衡的)架構(gòu)來減少電磁干擾(EMI)的影響。雖然4端口VNA系統(tǒng)可被用來測量單個差分通道或器件，但更復雜的元器件需要更多數(shù)量的測量端口。事實上，對高速傳輸線進行單端測量可能產(chǎn)生性能降低的錯誤結(jié)果，因為這些傳輸線是針對差分信號來設計的。

對高速背板而言，相鄰差分通道間的串擾會降低其性能。在一對差分通道中，產(chǎn)生串擾的那個通道被稱為干擾通道(干擾線)，而耦合而受到串擾影響的相鄰通道被稱為被干擾通道(被干擾線)。為用VNA系統(tǒng)分析兩個差分通道的串擾，干擾線需要4個測試端口，被干擾線需要4個測試端口。當然，在多通道通信系統(tǒng)或多組差分線中，一對相鄰線實際上與周邊其它線并非隔離。因此，分析兩個相鄰干擾線在被干擾線上造成的串擾通常更有實際意義。因為每根線需要4個測試端口，所以共需要12個測試端口。

構(gòu)建12端口VNA系統(tǒng)有好幾種架構(gòu)可供選擇。下面介紹的兩種架構(gòu)都以基本的雙端口VNA系統(tǒng)為基礎(chǔ)，這種雙端口VNA系統(tǒng)通常采用一對采樣器，并且每個端口上都有一個雙向耦合器，以測量這些端口上的突發(fā)事件和反射信號。在第一種設計中，通過為每個額外測試端口增加一對采樣器和相關(guān)的高頻硬件來增加端口數(shù)量。這種方法雖然比較簡捷，但會大大增加測試系統(tǒng)的復雜性和成本。在第二種方法中，為從雙端口系統(tǒng)為起點創(chuàng)建具有更多端口的VNA系統(tǒng)，需要在雙端口 VNA中增加開關(guān)矩陣，以便將信號路由到原始的測試端口。雖然這種方法對開關(guān)矩陣的性能又很高要求，但與第一種方法相比復雜性較低，成本也更低。 Intel公司的研究表明，當采用正確的校準技術(shù)時，基于這種系統(tǒng)架構(gòu)的多采樣器測試系統(tǒng)具有相當高的精度。

圖1：12端口VNA系統(tǒng)能對40~65GHz頻率范圍內(nèi)的混合模式和差分器件進行S參數(shù)測量。

Anritsu(安立)公司的12端口65GHz系統(tǒng)(圖1)基于4端口測量引擎，這個4端口測量引擎采用毫米波頻率的開關(guān)矩陣將信號從遠程端口模塊路由到4個測試端口，從而增加了測量端口的有效數(shù)量。由Anritsu公司設計生產(chǎn)的上述開關(guān)矩陣采用了低損耗的65GHz寬帶開關(guān)(圖2)。

開關(guān)元件的選擇包括電子機械開關(guān)和固態(tài)(PIN二極管)開關(guān)。電子機械開關(guān)具有帶寬高、插損低和隔離度高的優(yōu)點，但與固態(tài)開關(guān)相比，它們的運動部件導致元件的平均無故障時間(MTBF)較短，并且性能可重復性也較低。PIN二極管支持數(shù)百萬的開關(guān)次數(shù)，具有卓越的可靠性，但缺少機械開關(guān)突出的射頻/微波性能。為克服固態(tài)開關(guān)的電氣缺陷，特別是在毫米波頻率下?現(xiàn)的缺點，Anritsu開發(fā)出了一種創(chuàng)新設計，該設計充分整合了機械開關(guān)的電氣性能和固態(tài)開關(guān)經(jīng)過驗證的MTBF可靠性。整個開關(guān)矩陣具有大于95dB的隔離度，在60GHz時的插入損耗低于6dB。在移動測試端口內(nèi)靠近DUT放置高性能耦合器有助于優(yōu)化原始的定向性。