TDR測(cè)試原理

TDR是英文Time Domain Reflectometry 的縮寫，中文名叫時(shí)域反射計(jì)，是測(cè)量傳輸線特性阻抗的主要工具。TDR主要由三部分構(gòu)成：快沿信號(hào)發(fā)生器，采樣示波器和探頭系統(tǒng)。

TDR測(cè)試原理

TDR通過向傳輸路徑中發(fā)送一個(gè)脈沖或者階躍信號(hào)，當(dāng)傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時(shí), 部分能量會(huì)被反射, 剩余的能量會(huì)繼續(xù)傳輸。只要知道發(fā)射波的幅度及測(cè)量反射波的幅度，就可以計(jì)算阻抗的變化。同時(shí)只要測(cè)量由發(fā)射到反射波再到達(dá)發(fā)射點(diǎn)的時(shí)間差就可以計(jì)算阻抗變化的相位。

圖(1) TDR示意圖

根據(jù)反射原理，反射系數(shù)

公式(1)中，ZDUT是待測(cè)器件的阻抗，Z0是TDR的輸出阻抗，通常為50ohm標(biāo)準(zhǔn)電阻，Vrefelected和Vincident分別是反射波幅度和入射波幅度，可以通過示波器測(cè)得，算出反射系數(shù)ρ，從而算出待測(cè)器件的阻抗ZDUT。

算出待測(cè)器件的阻抗，接下來再來看看待測(cè)器件的電氣長(zhǎng)度如何計(jì)算。

TDR產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)到待測(cè)器件中，會(huì)產(chǎn)生入射波，入射波經(jīng)過時(shí)延TD之后在待測(cè)器件中遇到阻抗不連續(xù)的地方，又會(huì)產(chǎn)生發(fā)射波，反射波將會(huì)疊加在入射波上，再經(jīng)過時(shí)延TD到達(dá)TDR的輸出端。

通過仿真工具模擬TDR，如圖(2)

圖(2) 模擬TDR

模擬采樣示波器上看到的電壓和阻抗曲線，如圖(3)，圖(4)

圖(3) 電壓曲線

圖(4) 阻抗曲線

在圖(4)中可以看到，當(dāng)負(fù)載呈容性不連續(xù)時(shí)，阻抗會(huì)偏低；當(dāng)負(fù)載呈感性不連續(xù)時(shí)，阻抗會(huì)偏高。PCB中常見的阻抗不連續(xù)的地方, 過孔、焊盤、拐角通常呈容性，跨分割處、breakout等通常呈感性。

圖(5) 感性阻抗不連續(xù)

圖(6) 容性阻抗不連續(xù)