理解信號完整性中，TDR阻抗測量的原理與應用

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隨著科學技術的不斷發(fā)展，對各數字接口的速度要求越來越高，對信號完整性的要求隨之越來越嚴苛。控制阻抗，是信號完整性重要要求之一，TDR是測量特性阻抗的基本技術。今天就來介紹下TDR測量的基本原理與應用。

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TDR（Time Domain Reflectometry ）稱為時域反射計，是利用信號的反射來評估鏈路中阻抗變化的程度。它基本的工作原理見下圖：TDR測試設備的輸出阻抗是50歐姆，通過50Ω線纜連接到待測鏈路DUT，設備輸出一個上升沿非常抖的階躍信號給待測的傳輸環(huán)境，如果待測傳輸環(huán)境阻抗不連續(xù)，那么將會發(fā)生反射（正反射或負反射），反射的信號被采樣，設備把待測環(huán)境的反射與標準阻抗生產的反射進行比較，就可以得到阻抗變化量，進而實現阻抗測量。

下圖是阻抗不連續(xù)時典型的時域波形圖，圖中是發(fā)生了正反射，綠色信號是理想的信號，紅色是實際反射后的信號，可以看到在信號的上升/下降邊沿產生了振鈴。

這里額外介紹下，在使用示波器測量信號時，如果使用了較長的地線，會使得測量鏈路中環(huán)路電感增加，發(fā)生諧振，也會引起震蕩，使得測試不準確，因此在測量要求比較嚴格時，要使用接地彈簧進行信號測量。

下面以實際采集波形來具體介紹TDR的應用，TDR設備連接到開路的終端，根據反射系數公式：

Z1=50Ω，Z2為開路，此時Z2阻抗為無窮大，是正反射，反射系數=1，那么入射的電壓的幅度Vinc，到達終端時幅值就會全反射，入射信號和反射信號疊加為2Vinc，在下圖中，250mV的信號，達到終端后變?yōu)?00mV，這就是終端開路，阻抗無窮大時，終端端接無效的時域波電壓波形。

由TDR原理可知，TDR除了可以測量阻抗，當然也可以測量距離，比如測量線路長度。下面看下終端開路時的阻抗波形，反射1是設備接入待測鏈路的連接點，從阻抗曲線可以看出，連接點阻抗突變，信號會產生一次反射，在全反射位置處，鏈路是開路狀態(tài)，此時阻抗為無窮大。

在反射1和全反射之間可以看到時間大約相差500ps，由于TDR的測量過程，是設備輸出信號到終端再反射回來的過程，因此信號走了雙倍線路長度，那么信號走的單程時間就是500/2=250ps。在普通FR4類PCB中，信號的速度大于是6 inch/ns (0.01524 cm/ps)，高速板材介電常數小一點，信號速度略高一些。如果是FR4板材的話，那么就可以估算出走線的長度，大約是，0.01524*(500/2)=3.81cm。

以上就是TDR阻抗測量的基本原理與應用。

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