TDR测试原理

 

什么是TDR？

TDR是英文Time Domain Reflectometry 的缩写，中文名叫时域反射计，是测量传输线特性阻抗的主要工具。TDR主要由三部分构成：快沿信号发生器，采样示波器和探头系统。

 

TDR测试原理

TDR通过向传输路径中发送一个脉冲或者阶跃信号，当传输路径中发生阻抗变化时, 部分能量会被反射, 剩余的能量会继续传输。只要知道发射波的幅度及测量反射波的幅度，就可以计算阻抗的变化。同时只要测量由发射到反射波再到达发射点的时间差就可以计算阻抗变化的相位。
 

图(1) TDR示意图

根据反射原理，反射系数

公式(1)中，ZDUT是待测器件的阻抗，Z0是TDR的输出阻抗，通常为50ohm标准电阻，Vrefelected和Vincident分别是反射波幅度和入射波幅度，可以通过示波器测得，算出反射系数ρ，从而算出待测器件的阻抗ZDUT。

算出待测器件的阻抗，接下来再来看看待测器件的电气长度如何计算。

TDR产生一个阶跃信号到待测器件中，会产生入射波，入射波经过时延TD之后在待测器件中遇到阻抗不连续的地方，又会产生发射波，反射波将会叠加在入射波上，再经过时延TD到达TDR的输出端。

通过仿真工具模拟TDR，如图(2)

 图(2) 模拟TDR

模拟采样示波器上看到的电压和阻抗曲线，如图(3)，图(4)
 

图(3) 电压曲线

 

图(4) 阻抗曲线

在图(4)中可以看到，当负载呈容性不连续时，阻抗会偏低；当负载呈感性不连续时，阻抗会偏高。PCB中常见的阻抗不连续的地方, 过孔、焊盘、拐角通常呈容性，跨分割处、breakout等通常呈感性。

图(5) 感性阻抗不连续

 
图(6) 容性阻抗不连续