獲得信號(hào)完整性的測量技術(shù)

　　工程師應(yīng)該留意一些警告，雖然 S 參數(shù)在頻域和 TDR 在時(shí)域有數(shù)學(xué)等效性。時(shí)域與頻域之間存在 FFT（快速付利葉變換）和反向 FFT 的重要計(jì)算法，經(jīng)常涉及因果律和無源性（參考文獻(xiàn)8）。當(dāng)計(jì)算未考慮到過渡時(shí)間以及其它導(dǎo)致時(shí)域問題的延遲時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)因果問題。類似的問題也出現(xiàn)在無源性上：進(jìn)入時(shí)域的反向變換可能分給無源電路元件能量，產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。從時(shí)域進(jìn)入頻域也強(qiáng)制加上了 SNR 限制。由于時(shí)域測量受制于寬帶噪聲，即使最好的 TDR設(shè)置在高頻時(shí)也只產(chǎn)生 50 dB 的 SNR。這個(gè)數(shù)字可能還算夠用。另外，你可能需要用一臺(tái)VNA，直接在頻域中取得S參數(shù)數(shù)據(jù)。記住要權(quán)衡在一臺(tái)機(jī)器上獲得S參數(shù)和TDR測量的方便性，以及在兩個(gè)域中至少驗(yàn)證一次測量的要求。盡管如此，有些TDR能夠完成與一臺(tái)9ps上升時(shí)間TDR和一臺(tái)50GHz VNA的對(duì)比，

因此，如果正確地使用了適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，就能在兩個(gè)域之間作轉(zhuǎn)換（參考文獻(xiàn)9）。TDR的可靠S參數(shù)數(shù)據(jù)要求一臺(tái)有短上升時(shí)間的脈沖發(fā)生器，以及一臺(tái)寬帶寬的示波器。同樣，對(duì)S參數(shù)數(shù)據(jù)作反向FFT而產(chǎn)生TDR數(shù)據(jù)時(shí)，需要VNA上有足夠的帶寬，才能給出你希望在時(shí)域中看到的細(xì)節(jié)。

　　用一臺(tái)性能良好的 TDR 可以獲得相當(dāng)好的空間分辨率（圖 6 和圖 7）?？煊?10 ps 脈沖發(fā)生器與 50 GHz 或 100 GHz 帶寬示波器的出現(xiàn)可以將 TDR 用于 IC 封裝開發(fā)和故障分析。如果 TDR 可以分辨出毫米段上的阻抗，則可以看到接線的效果，以及金屬化損傷是否會(huì)使一只 IC 性能失常。有了高速脈沖發(fā)生器和示波器，就可以實(shí)現(xiàn)微小的空間分辨率（表 1）。另外，有些高性能示波器帶有進(jìn)一步改進(jìn)有效分辨率的軟件技術(shù)，用于校準(zhǔn)來自設(shè)備和連接待測設(shè)備與電路電纜的反射。

　　消除測試夾具的作用只是現(xiàn)代 TDR示波器軟件的優(yōu)點(diǎn)之一。Agilent 86100A 主機(jī)的軟件可以用兩個(gè)正脈沖獲得差分 TDR 測量。在兩個(gè)通道同時(shí)使用相同極性的脈沖，能確保兩個(gè)通道采用相同波形作激勵(lì)。困難的是使一個(gè)脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間精確對(duì)應(yīng)，因此差分脈沖生成會(huì)導(dǎo)致一種共模誤差。Agilent 示波器發(fā)出兩個(gè)相同極性的脈沖；然后它的軟件作反轉(zhuǎn)并重疊在響應(yīng)上，這樣得到的波形就與一個(gè)差分 TDR 完全一致，但誤差較小。Agilent 的一名產(chǎn)品經(jīng)理 Joachim Vobis 稱：“由于電子電路匹配性好得多，提高了精度?！?BR>

　　LeCroy 在其 WaveExpert 100H 示波器中也有類似的強(qiáng)大軟件。標(biāo)準(zhǔn)的 TDR 分析軟件包可以用于校準(zhǔn)測試夾具，從 TDR 數(shù)據(jù)生成兩個(gè)端口的差分 S 參數(shù)。示波器帶有一個(gè)向?qū)В笇?dǎo)用戶完成設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)過程。你還可以將內(nèi)部脈沖發(fā)生器的上升時(shí)間從 20 ps 設(shè)為一個(gè)更小的值，如串行接口標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)規(guī)定的值。

　　在Tektronix的 DSA8200 采樣示波器中，軟件 TDR 和 TDT 只是整個(gè)軟件包的一部分，軟件包用于分析通信參數(shù)。Tektronix公司亦提供iConnect軟件，它運(yùn)行在DSA8200主機(jī)上，或在一臺(tái)PC上獨(dú)立運(yùn)行（圖8）。它將TDR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為S參數(shù)、分析抖動(dòng)，并改善 DSA8200的原生 TDR 分辨率。該軟件亦使用 TDR 數(shù)據(jù)來推導(dǎo)出被分析電路的 SPICE 模型，舉例說，你可以對(duì)一根承載高速 LVDS 串行數(shù)據(jù)的帶狀電纜建立一個(gè) SPICE 模型。然后將這個(gè) SPICE 模型交給 IC 設(shè)計(jì)者，以顯示負(fù)載的復(fù)雜阻抗，或者在系統(tǒng)級(jí)仿真時(shí)評(píng)估傳輸介質(zhì)。

　　TDR 已經(jīng)從一個(gè)用于檢查電纜的簡單技術(shù)，變成為一種確定快速數(shù)字信號(hào)完整時(shí)域特性的復(fù)雜方法。TDT 也在發(fā)展，現(xiàn)在的分辨率已可以用于檢查并確定 IC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路的特性。另外，強(qiáng)大的軟件也推進(jìn)了 TDR 的應(yīng)用，從在示波器波形上查看凸塊，到校準(zhǔn)歐姆級(jí)和英寸級(jí)的結(jié)果。軟件可以使 TDR 數(shù)據(jù)產(chǎn)生 S 參數(shù)頻域特性，甚至推斷出一個(gè)等效的 SPICE 模型。生成模型的示波器圖形也可以用于驗(yàn)證模型的仿真，并產(chǎn)生有效的結(jié)果。

　　TDR 結(jié)果比頻域分析有一個(gè)重要優(yōu)勢：TDR 圖可顯示出一個(gè)電路中的阻抗問題所在。Picosecond Pulse Labs 的 Smith 稱：“它幫助你隔離出問題，這些問題也許能用 VNA 在頻域中顯示出來，但你不知道問題在電路的哪里。TDR 能確定信號(hào)路徑出現(xiàn)問題的精確點(diǎn)。”Smith 繼續(xù)指出了一些高速連接器的真實(shí)問題。“我們購買了一種全回轉(zhuǎn)邊沿插入 SMA 連接器，用來評(píng)估我們的測試設(shè)置。我們通過這些連接器看到了信號(hào)完整性方面的巨大差異。簡單說，顯然工程師用了 VNA 和頻域分析，但 TDR 響應(yīng)很糟糕。”有了 TDR，就可以獲得即時(shí)、直觀的結(jié)果，告訴你從哪里著手改進(jìn)自己的電路。請(qǐng)務(wù)必把這種有價(jià)值的測量技術(shù)納入自己的調(diào)試技術(shù)寶庫。

參考文獻(xiàn)
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4. Andrews

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