原文來(lái)自微信公眾號(hào)：工程師看海
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展褐啡，對(duì)各數(shù)字接口的速度要求越來(lái)越高，對(duì)信號(hào)完整性的要求隨之越來(lái)越嚴(yán)苛回溺〈好常控制阻抗混萝，是信號(hào)完整性重要要求之一，TDR是測(cè)量特性阻抗的基本技術(shù)萍恕。今天就來(lái)介紹下TDR測(cè)量的基本原理與應(yīng)用逸嘀。
TDR（Time Domain Reflectometry ）稱(chēng)為時(shí)域反射計(jì)，是利用信號(hào)的反射來(lái)評(píng)估鏈路中阻抗變化的程度允粤。它基本的工作原理見(jiàn)下圖：TDR測(cè)試設(shè)備的輸出阻抗是50歐姆崭倘，通過(guò)50Ω線(xiàn)纜連接到待測(cè)鏈路DUT，設(shè)備輸出一個(gè)上升沿非常抖的階躍信號(hào)給待測(cè)的傳輸環(huán)境类垫，如果待測(cè)傳輸環(huán)境阻抗不連續(xù)司光，那么將會(huì)發(fā)生反射（正反射或負(fù)反射），反射的信號(hào)被采樣悉患，設(shè)備把待測(cè)環(huán)境的反射與標(biāo)準(zhǔn)阻抗生產(chǎn)的反射進(jìn)行比較残家，就可以得到阻抗變化量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻抗測(cè)量售躁。
下圖是阻抗不連續(xù)時(shí)典型的時(shí)域波形圖坞淮，圖中是發(fā)生了正反射，綠色信號(hào)是理想的信號(hào)陪捷，紅色是實(shí)際反射后的信號(hào)回窘，可以看到在信號(hào)的上升/下降邊沿產(chǎn)生了振鈴。
這里額外介紹下市袖，在使用示波器測(cè)量信號(hào)時(shí)啡直，如果使用了較長(zhǎng)的地線(xiàn)，會(huì)使得測(cè)量鏈路中環(huán)路電感增加苍碟，發(fā)生諧振酒觅，也會(huì)引起震蕩，使得測(cè)試不準(zhǔn)確驰怎，因此在測(cè)量要求比較嚴(yán)格時(shí)阐滩，要使用接地彈簧進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。
下面以實(shí)際采集波形來(lái)具體介紹TDR的應(yīng)用县忌，TDR設(shè)備連接到開(kāi)路的終端掂榔，根據(jù)反射系數(shù)公式：
Z1=50Ω，Z2為開(kāi)路症杏，此時(shí)Z2阻抗為無(wú)窮大装获，是正反射，反射系數(shù)=1厉颤，那么入射的電壓的幅度Vinc穴豫，到達(dá)終端時(shí)幅值就會(huì)全反射，入射信號(hào)和反射信號(hào)疊加為2Vinc，在下圖中精肃，250mV的信號(hào)秤涩，達(dá)到終端后變?yōu)?00mV，這就是終端開(kāi)路司抱，阻抗無(wú)窮大時(shí)筐眷，終端端接無(wú)效的時(shí)域波電壓波形。
由TDR原理可知习柠，TDR除了可以測(cè)量阻抗匀谣，當(dāng)然也可以測(cè)量距離，比如測(cè)量線(xiàn)路長(zhǎng)度资溃。下面看下終端開(kāi)路時(shí)的阻抗波形武翎，反射1是設(shè)備接入待測(cè)鏈路的連接點(diǎn)，從阻抗曲線(xiàn)可以看出溶锭，連接點(diǎn)阻抗突變宝恶，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一次反射，在全反射位置處趴捅，鏈路是開(kāi)路狀態(tài)卑惜，此時(shí)阻抗為無(wú)窮大。
在反射1和全反射之間可以看到時(shí)間大約相差500ps驻售，由于TDR的測(cè)量過(guò)程，是設(shè)備輸出信號(hào)到終端再反射回來(lái)的過(guò)程更米，因此信號(hào)走了雙倍線(xiàn)路長(zhǎng)度欺栗，那么信號(hào)走的單程時(shí)間就是500/2=250ps。在普通FR4類(lèi)PCB中征峦，信號(hào)的速度大于是6 inch/ns (0.01524 cm/ps)迟几，高速板材介電常數(shù)小一點(diǎn)，信號(hào)速度略高一些栏笆。如果是FR4板材的話(huà)类腮，那么就可以估算出走線(xiàn)的長(zhǎng)度，大約是蛉加，0.01524*(500/2)=3.81cm蚜枢。
以上就是TDR阻抗測(cè)量的基本原理與應(yīng)用。
---The end---
