獲得信號完整性的測量技術

　　TDR（時域反射）測量可以為一根電纜或 PCB（印制電路板）走線的信號完整性提供直接描述，以及分析 IC 的性能與故障。TDR 測量沿電纜或 PCB 走線發(fā)送一個快速脈沖，并顯示返回的反射，用于表示阻抗的變化。阻抗變化可以非常強，如開路或短路情況，或者是數(shù) fF 這么微小，如一個 PCB 過孔。該技術以 OTDR（光 TDR）形式，利用了電子系統(tǒng)中介電常數(shù)與光學系統(tǒng)中折射率之間的等效性這一特點。

　　TDR 的歷史

　　上世紀30 年代晚期的工程師開始采用 TDR 測量土壤的介電常數(shù)與水分含量。今天，很多工程師仍然用這種技術作多種地理測量，如地震斷

層與橋梁“沖刷”，這是在快速河流下出現(xiàn)的危險情況，尤其是在冰凍條件下。流水從橋墩、埋藏設備和類似結構處帶走沉積物，造成這種情況（參考文獻 1、參考文獻 2 和參考文獻 3）。二戰(zhàn)以后，工程師用獨立的脈沖發(fā)生器和示波器完成 TDR 測試。數(shù)字邏輯芯片生成 5V 擺幅的脈沖，制造出足以被檢測到的反射。上世紀60 年代末有一項重要進步，當時的惠普公司（現(xiàn)在的Agilent）推出了用于其 140主示波器的1415A插入式儀器。這款高性能儀器第一次在一部裝置中集成了脈沖發(fā)生器和采樣頭。上世紀70年代，Tektronix推出了1502和 1503TDR測試套件，在電纜完整性測試方面獲得了廣泛應用。軍隊一直是 TDR裝備的熱心用戶，Tek 提供這些產(chǎn)品的軍規(guī)版。核彈測試時需要用 TDR評測數(shù)英里的電纜，以及爆炸區(qū)內的地球物理現(xiàn)象。

　　Tektronix 與惠普的技術實現(xiàn)將在今后幾十年內繼續(xù)下去?；萜臻_發(fā)了 20 GHz 的 54120A 主機和 54121A 測試頭（圖 1）。這些產(chǎn)品包括計算機化的 TDR 測試套件，并能做 TDT（時域傳輸），后者除了發(fā)送脈沖的輸入和數(shù)字化反射以外，還需要其它用于監(jiān)控電路傳輸?shù)妮斎搿＿@種方法可以確定電路的損耗特性；而用一種純反射儀器不可能測出這些損耗。示波器在采樣頭中使用了來自惠普網(wǎng)絡分析儀的探測器。

　　上世紀80 年代時，Tektronix 推出了 50 GHz 11801 示波器主機，以及 20 GHz SD-24 差分 TDR 模塊（圖 2）。為實現(xiàn)其它模塊監(jiān)控傳輸，11801可以完成 TDR 和 TDT，并可以評估差分信號，如 LVDS（低壓差分信令）和 SCSI（小型計算機系統(tǒng)接口）電路中的信號。該示波器后來發(fā)展成為 11801C，而帶有一個 35 ps 上升時間脈沖發(fā)生器的模塊則保持不變。該示波器多年來一直在業(yè)內廣為應用，盡管它的用戶界面有點難以捉摸，可能更適合于通過 GPIB（通用接口總線）控制，而不是一名工程師在前面板操作?；萜詹]有滿足于既得的榮譽，不久以后推出了 18GHz 的 54754A 模塊，用于 86100A 主機。Tektronix也跟隨推出用于 CSA803（源于 11801C）的 17 ps 80E04 模塊?，F(xiàn)在 Tektronix公司的模塊包括70GHz的 DSA8200主機以及50GHz的80E10 模塊。同時，競爭對手 LeCroy 則提供 100GHz 的WaveExpert 100H，以及一個20GHz 的ST-20 TDR模塊（圖3）。

　　Picosecond Pulse Labs制造的TDR可算是終極設備：4022附加模塊可接受Tektronix、Agilent或其它TDR 的脈沖，速度達到令人驚訝的 9 ps 上升時間。Picosecond 亦制造脈沖發(fā)生器，但用4022加快一臺示波器脈沖速度的方法有自己的優(yōu)點。Picosecond首席技術官 Clayton Smith 稱：“我們把它做成可與示波器中的現(xiàn)有軟件一起工作?！?Picosecond 亦為各家示波器OEM制造TDR模塊。

　　除了高檔 TDR 的發(fā)展以外，還有些儀器能完成 TDR 在上世紀50年代就開始做的工作：檢查長電纜有無短路、開路和斷線。這一功能對美國海軍非常重要，因為現(xiàn)代艦艇都有數(shù)英里長的電纜。廣播與電視運營商亦用 TDR 尋找天線塔上同軸電纜的裂縫。Tektronix 的 TS90 TelScout TS90 100 就是一種這樣的機器；另外還有 Spirent E2520 型測試儀，它可以評估長達 9800 英尺的雙絞線電纜。