tdr检测原理 tdr测试的原理及方法介绍

TDR概述TDR是几个英文单词的缩写，包括：时域反射-时域反射技术，一种分析反射波，在遥控位置掌握被测物体状况的远程测量技术。TDR主要由三部分组成：快速边沿信号发生器、采样示波器和探针系统。

TDR测试原理及测试方法随着数字电路工作速度的提高，PCB上的信号传输速率越来越高。比如PCI-Express的信号速率已经达到2.5Gb/s，SATA的信号速率达到3Gb/s，PCI-Express II、XAUI、10G以太网等新标准的工作速率更高。随着数据速率的增加，信号的上升时间会更快。上升沿快的信号在电路板上遇到阻抗不连续时，会产生较大的反射，这些信号的反射会改变信号的形状，所以线路阻抗是影响信号完整性的关键因素。对于高速电路板来说，保证信号传输路径上阻抗的连续性非常重要，这样可以避免信号的大反射。相应的，对于测试来说，还需要测试高速电路板的信号传输路径上阻抗的变化，分析问题的原因，从而更好的定位问题。例如，PCI-Express和SATA等标准需要精确测量传输线路的阻抗。下表显示了SATA对系统中连接的电缆和连接器的阻抗和衰减的要求：

一种快速有效的阻抗测试方法是TDR(时域反射计)法。TDR的工作原理是基于传输线理论，工作原理有点像雷达。如下图所示，当阶跃脉冲加到被测线路上时，在阻抗不连续点会发生反射。如果已知源阻抗Z0，则可以根据反射系数计算出被测点的阻抗ZL。

最简单的TDR测量配置是在宽带示波器模块中增加一个阶跃脉冲发生器。阶跃脉冲发生器发出具有快速上升沿的阶跃脉冲，接收模块采集反射信号的时域波形。如果被测部分的阻抗是连续的，信号不会被反射，如果阻抗有变化，信号会被反射回来。根据反射回波的时间可以判断阻抗突变点与接收端的距离，根据反射回波的幅度可以判断对应点的阻抗变化。下图显示了TDR的工作模式和被测零件的TDR波形。

TDR通常表现为反射和阻抗变化电抗，而TDT(时域传输)通常表现为传输延迟。器件或信道阻抗不连续会导致传输信号失真，因此TDR/TDT是增强信号完整性的重要工具。

多年来，Agilent86100 Infiniium DCA主机和54754A差分TDR模块的强大组合为TDR/TDT测量提供了出色的解决方案。为了满足高速数字串行接口的严格要求，TDR/TDT的测量功能也得到了极大的改进，从而可以轻松获得准确的结果。下图是使用Agilent86100和54754A模块进行TDR测试的示例。

影响TDR测试准确性的因素A)TDR校准是获得正确结果的最快方法。

为了获得正确的测试结果，有必要正确消除由测试夹具或电缆引起的系统误差。安捷伦TDR校准采用数字滤波技术，利用短路和负载参考设备建立校准平面，从而消除系统误差，提供准确的结果。下图显示了TDR校准的工作原理以及TDR校准前后的测试结果对比。可以看出，校准后的反射波形更清晰地反映了阻抗的变化。

B)S参数测量

86100C选项202可以通过触摸按键从时域TDR/TDT结果快速获得频域S参数(S11回波损耗或S21插入损耗)结果。

c)多次反射的校正：

当被测系统中存在多个阻抗不连续点时，每个点都会发生反射，反射的波形在碰到阻抗不连续点时可能会被反射回来，造成TDR的波形变形，不利于精确测量。86100C的选项202增加了多次反射校正功能，可以补偿多次反射对TDR波形的影响。下面同样是多次反射校正前后的TDR波形对比。可以看出，校正后的波形消除了多次反射的影响。

D)TDR步进脉冲的质量

发送到被测设备的TDR阶跃脉冲的质量将影响TDR测量的结果。精心设计的54754A模块可以将偏差降至最低，以获得重量小、振荡小的清晰脉冲，从而降低测量误差。从TDR校准获得的数字滤波可以模拟不同上升时间的阶跃脉冲，以验证实际信号脉冲的反映。TDR校准还可以模拟更快阶跃脉冲的反射。下图显示了不同上升时间的阶跃脉冲的反射结果。

e)通过加速实际步进脉冲来提高分辨率。

皮秒脉冲实验室的信号源增强模块可以通过施加上升时间为9pS的阶跃脉冲来提供更精细的距离分辨率。使用信号源增强模块时，需要配合更高带宽的接收模块使用。安捷伦的86118A是最好的接收器模块，具有70G带宽和远程探头，可以消除连接电缆导致的性能下降。下图是使用脉冲增强模块和宽带接收机的TDR测试示例。

f)通过PLTS进行全面的差异测试。

N1930A基于TDR的物理层测试方案，为详细的差分线路测试提供了完整的解决方案。该系统具有16相S参数和广泛的校准和测试功能。安捷伦的PLTS系统还具有眼图模拟功能，可以模拟真实信号通过线路传输后的眼图形状，并可以提取线路的RLCG模型进行仿真建模和分析。下图是PLTS分析结果的示例：

G)TDR附件：

为了方便TDR测试并最大限度地减少测试误差，安捷伦还提供了许多TDR测试附件。

TDR测试PCB线阻抗1、阻抗测试的行业标准阻抗并不像预期的那样是一条稳定的直线，而是一个波。前端和后端都会受到探针或者开路的影响，中间也会因为生产工艺的原因出现波动。

那么，我们如何判断测试结果呢？如何确定生产出来的PCB阻抗是否符合要求？首先，让我们看看IPC规范。IPC2557A的推荐测量范围为DUT的30%~70%。

我们来看看Intel和主流PCB厂商的测试习惯。为了避免发射区和反射区的影响，测试间隔建议为DUT的50%到70%。

用TDR测试线路阻抗，首先要了解测试间隔的要求，才能准确理解测量结果。

2、探头对阻抗测试结果的影响一般来说，TDR测试会用到以下探头：

其中板厂通常采用手持探头测量，探头的影响是感性的。在SI实验室中，SMA经常用于连接测试电缆，在阻抗测试中，SMA可能是容性的。两个探头对测试结果的影响如下图所示：

由于探头的电感或电容影响，最终的DUT测试结果会有一点偏差。