TDR概述

TDR是多個英文單詞的縮寫，包括：Time-Domain Reflectometry—時域反射技術(shù)，一種對反射波進行分析的遙控測量技術(shù)，在遙控位置掌握被測量物件的狀況。TDR主要由三部分構(gòu)成：快沿信號發(fā)生器，采樣示波器和探頭系統(tǒng)。

TDR測試原理及測試方法

隨著數(shù)字電路工作速度得提高，PCB板上信號的傳輸速率也越來越高，如PCI-Express的信號速率已經(jīng)達到2.5Gb/s，SATA的信號速率已經(jīng)達到3Gb/s，新的標準如PCI-Express II、XAUI、10G以太網(wǎng)的工作速率更高。隨著數(shù)據(jù)速率的提高，信號的上升時間會更快。當快上升沿的信號在電路板上遇到一個阻抗不連續(xù)點時就會產(chǎn)生更大的反射，這些信號的反射會改變信號的形狀，因此線路阻抗是影響信號完整性的一個關(guān)鍵因素。對于高速電路板來說，很重要的一點就是要保證在信號傳輸路徑上阻抗的連續(xù)性，從而避免信號產(chǎn)生大的反射。相應的，對于測試來說也需要測試高速電路板的信號傳輸路徑上阻抗的變化情況并分析問題原因，從而更好地定位問題，例如PCI-Express和SATA等標準都需要精確測量傳輸線路的阻抗。下表是SATA對于系統(tǒng)內(nèi)連接的電纜和連接器的阻抗和衰減的要求：

要進行阻抗測試，一個快捷有效地方法就是TDR（時域反射計）方法。TDR的工作原理是基于傳輸線理論，工作方式有點象雷達。如下圖所示，當有一個階躍脈沖加到被測線路上，在阻抗不連續(xù)點就會產(chǎn)生反射，已知源阻抗Z0，則根據(jù)反射系數(shù)ρ就可以計算出被測點阻抗ZL的大小。

最簡單的TDR測量配置是在寬帶示波器的模塊中增加一個階躍脈沖發(fā)生器。階躍脈沖發(fā)生器發(fā)出一個快上升沿的階躍脈沖，同時接收模塊采集反射信號的時域波形。如果被測件的阻抗是連續(xù)的，則信號沒有反射，如果有阻抗的變化，就會有信號反射回來。根據(jù)反射回波的時間可以判斷阻抗不連續(xù)點距接收端的距離，根據(jù)反射回來的幅度可以判斷相應點的阻抗變化。下圖是TDR的工作方式和對一個被測件的TDR波形。

TDR通常顯示反射和阻抗變化情抗，TDT（時域傳輸）通常顯示傳輸延遲。器件或者通道的阻抗不連續(xù)會導致傳輸信號失真，因此TDR/TDT是增強信號完整性的重要工具。

多年以來，Agilent86100系列Infiniium DCA 主機和54754A差分TDR模塊的強大組合為TDR/TDT測量提供了卓越的解決方案。為了滿足當前高速數(shù)字串行接口方面的嚴格要求，TDR/TDT測量功能也進行了重大改進，從而能夠輕松獲得精確得結(jié)果。下圖是用Agilent86100和54754A模塊進行TDR測試的一個實例。

影響TDR測試精度的因素

A）TDR 校準是獲得正確結(jié)果的最快方式

要獲得正確的測試結(jié)果，必須正確消除因測試夾具或線纜導致的系統(tǒng)誤差。Agilent TDR校準采用數(shù)字濾波器技術(shù)，使用短路和負載參考設(shè)備建立了一個校準平面，從而消除系統(tǒng)誤差以提供精確的結(jié)果。下圖是TDR校準的工作原理和進行TDR校準前后測試結(jié)果的比較，可以看到校準后的反射波形更加清晰地反映出了阻抗的變化情況。

B）S參數(shù)測量

86100C選件202只需一鍵輕觸，即可從時域TDR/TDT的結(jié)果快速獲得頻域的S參數(shù)（S11回波損耗或S21插入損耗）結(jié)果。

C）多重反射的校正：

當被測系統(tǒng)中有多個阻抗不連續(xù)點時，由于每個點都會產(chǎn)生反射，而且反射回來的波形再碰到阻抗不連續(xù)點時還有可能再反射回去，因此會造成TDR的波形變形，不利于進行精確測量。86100C選件202增加了多重反射校正功能，可以補償多次反射對TDR波形的影響。下同是多重反射校正前后TDR波形的比較，可以看到校正后的波形去掉了多重反射的影響。

D）TDR階躍脈沖的質(zhì)量

發(fā)送到被測設(shè)備的TDR階躍脈沖的質(zhì)量會影響TDR測量的結(jié)果。精心設(shè)計的54754A模塊可以最大限度減小偏差，以獲得具有小國重和振蕩的清晰脈沖，從而減少測量誤差。從TDR校準獲得的數(shù)字濾波可以模擬不同上升時間的階躍脈沖，以驗證實際信號脈沖的反射情況。使用TDR校準還可以模擬更快階躍脈沖的反射情況。下圖顯示的是不同上升時間的階躍脈沖的反射結(jié)果。

E）通過加快實際階躍脈沖來改善分辨率

Picosecond Pulse Lab（皮秒脈沖試驗室）的信號源增強模塊通過應用9pS上升時間的階躍脈沖可以提供更精細的距離分辨率。使用信號源增強模塊時需要于更高帶寬的接收模塊配合使用，Agilent的86118A是最優(yōu)秀的接收機模塊，具有70G帶寬和遠端探頭，可消除因為連接電纜導致的性能降級。下圖是使用脈沖增強模塊和寬帶接收機進行TDR測試的實例。

F）通過PLTS進行全面的差分測試

基于TDR的N1930A物理層測試解決方案，為詳細的差分線路測試提供了完整的解決方案。該系統(tǒng)具有16相S參數(shù)和廣泛的校準測試功能。Agilent的PLTS系統(tǒng)同時還具有眼圖模擬功能，可以模擬真實信號經(jīng)過線路傳輸以后的眼圖形狀，并可以提取線路的RLCG 模型用于仿真建模分析。下圖是PLTS的分析結(jié)果實例：

G）TDR附件：

為了方便地進行TDR測試，同時有盡可能減小測試誤差，Agilent還提供很多TDR的測試附件。

TDR測試PCB板的線路阻抗

1、阻抗測試的行業(yè)標準

阻抗并不是想象中穩(wěn)定的直線，而是波瀾起伏。在前端和后端會受到探頭或者開路的影響，中間由于生產(chǎn)制程的關(guān)系，也會有波動。

那么，我們怎么判斷測試結(jié)果呢？怎么確定生產(chǎn)的PCB阻抗是否滿足要求呢？首先來看看IPC規(guī)范，IPC2557A建議的測量區(qū)間是DUT的30%~70%區(qū)間。

再來看看Intel以及現(xiàn)在主流PCB板廠的測試習慣，為了避開Launch區(qū)域以及反射區(qū)域的影響，測試區(qū)間建議是DUT的50%到70%區(qū)域。

用TDR來測試線路阻抗，我們首先要了解測試區(qū)間的要求，才能準確理解測量得到的結(jié)果。

2、探頭對阻抗測試結(jié)果的影響

通常來說，TDR測試的時候，會用以下幾種探頭：

其中，板廠通常會用手持探棒點測，Probe的影響呈現(xiàn)感性。SI實驗室常用SMA來連接測試線纜，SMA在阻抗測試中可能呈現(xiàn)容性。兩種探頭對測試結(jié)果的影響如下圖所示：

由于Probe的感性或者容性影響，最終DUT的測試結(jié)果會有一點點的偏差。