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TDR:获得信号完整性的测量技术
技术分类： |
2008-01-07
Paul Rako，EDN技术编辑
　　工程师应该留意一些警告，虽然 S 参数在频域和 TDR 在时域有数学等效性。时域与频域之间存在 FFT（快速付利叶变换）和反向 FFT 的重要计算法，经常涉及因果律和无源性（参考文献8）。当计算未考虑到过渡时间以及其它导致时域问题的延迟时，就会出现因果问题。类似的问题也出现在无源性上：进入时域的反向变换可能分给无源电路元件能量，产生错误结果。从时域进入频域也强制加上了 SNR 限制。由于时域
受制于宽带噪声，即使最好的 TDR设置在高频时也只产生 50 dB 的 SNR。这个数字可能还算够用。另外，你可能需要用一台VNA，直接在频域中取得S参数数据。记住要权衡在一台机器上获得S参数和TDR测量的方便性，以及在两个域中至少验证一次测量的要求。尽管如此，有些TDR能够完成与一台9 上升时间TDR和一台50GHz VNA的对比，
因此，如果正确地使用了适当的设备，就能在两个域之间作转换（参考文献9）。TDR的可靠S参数数据要求一台有短上升时间的脉冲发生器，以及一台宽带宽的示波器。同样，对S参数数据作反向FFT而产生TDR数据时，需要VNA上有足够的带宽，才能给出你希望在时域中看到的细节。
　　用一台性能良好的 TDR 可以获得相当好的空间分辨率（图 6 和图 7）。快于 10 脉冲发生器与 50 GHz 或 100 GHz 带宽示波器的出现可以将 TDR 用于 IC 封装开发和故障分析。如果 TDR 可以分辨出毫米段上的阻抗，则可以看到接线的效果，以及金属化损伤是否会使一只 IC 性能失常。有了高速脉冲发生器和示波器，就可以实现微小的空间分辨率（表 1）。另外，有些高性能示波器带有进一步改进有效分辨率的软件技术，用于校准来自设备和连接待测设备与电路电缆的反射。
　　消除测试夹具的作用只是现代 TDR示波器软件的优点之一。Agilent 86100A 主机的软件可以用两个正脉冲获得差分 TDR 测量。在两个通道同时使用相同极性的脉冲，能确保两个通道采用相同波形作激励。困难的是使一个脉冲的上升时间和下降时间精确对应，因此差分脉冲生成会导致一种共模误差。Agilent 示波器发出两个相同极性的脉冲；然后它的软件作反转并重叠在响应上，这样得到的波形就与一个差分 TDR 完全一致，但误差较小。Agilent 的一名产品经理 Joachim Vobis 称：“由于电子电路匹配性好得多，提高了精度。”
　　LeCroy 在其 WaveExpert 100H 示波器中也有类似的强大软件。标准的 TDR 分析软件包可以用于校准测试夹具，从 TDR 数据生成两个端口的差分 S 参数。示波器带有一个向导，指导用户完成设计与校准过程。你还可以将内部脉冲发生器的上升时间从 20 设为一个更小的值，如串行接口标准集团规定的值。
　　在Tektronix的 DSA8200 采样示波器中，软件 TDR 和 TDT 只是整个软件包的一部分，软件包用于分析通信参数。Tektronix公司亦提供iCo ect软件，它运行在DSA8200主机上，或在一台PC上独立运行（图8）。它将TDR数据转换为S参数、分析抖动，并改善 DSA8200的原生 TDR 分辨率。该软件亦使用 TDR 数据来推导出被分析电路的 SPICE 模型，举例说，你可以对一根承载高速 LVDS 串行数据的带状电缆建立一个 SPICE 模型。然后将这个 SPICE 模型交给 IC 设计者，以显示负载的复杂阻抗，或者在系统级仿真时评估传输介质。
　　TDR 已经从一个用于检查电缆的简单技术，变成为一种确定快速数字信号完整时域特性的复杂方法。TDT 也在发展，现在的分辨率已可以用于检查并确定 IC 内部结构与电路的特性。另外，强大的软件也推进了 TDR 的应用，从在示波器波形上查看凸块，到校准欧姆级和英寸级的结果。软件可以使 TDR 数据产生 S 参数频域特性，甚至推断出一个等效的 SPICE 模型。生成模型的示波器图形也可以用于验证模型的仿真，并产生有效的结果。
　　TDR 结果比频域分析有一个重要优势：TDR 图可显示出一个电路中的阻抗问题所在。Picosecond Pulse La 的 Smith 称：“它帮助你隔离出问题，这些问题也许能用 VNA 在频域中显示出来，但你不知道问题在电路的哪里。TDR 能确定信号路径出现问题的精确点。”Smith 继续指出了一些高速连接器的真实问题。“我们购买了一种全回转边沿插入 SMA 连接器，用来评估我们的测试设置。我们通过这些连接器看到了
方面的巨大差异。简单说，显然工程师用了 VNA 和频域分析，但 TDR 响应很糟糕。”有了 TDR，就可以获得即时、直观的结果，告诉你从哪里着手改进自己的电路。请务必把这种有价值的测量技术纳入自己的调试技术宝库。
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特性阻抗之诠释与测试-电子开发网特性阻抗之诠释与测试时间:2007-04-02
来源:
作者:白蓉生
一 .前言
抽象又复杂的数位高速逻辑原理，与传输线中方波讯号的如何传送， 以及如何确保其讯号完整性（Signal Integrity），降低其杂讯（Noise）减少之误动作等专业表达，若能以简单的生活实例加以说明，而非动则搬来一堆数学公式与难懂的物理语言者，则对新手或隔行者之启迪与造福，实有事半功倍举重若轻之受用也。
2008-11-18
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图6 板上的线路图案种类电路 图7 电路板的线路图案特性阻抗量测系统
图8 7种线路图案利用TDR量测的特性阻抗值
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关于全面测试xDSL线路的几种方法。噪声、回波损耗、插入损耗、长度平衡、比特率评估（ADSL）、近端串扰（NEXT）、远端串扰（FEXT）、脉冲噪声、微中断、相位跳变、群延迟、线上噪声的频谱分析和功率谱密度PSD、TDR测试鉴别故障探测、基带（POTS）功能性分析、频谱分析Spectrum analyser、网络分析Network analyser、DMM测试（电压，电阻，电容，绝缘和通过两个连接器间的电流和连接器与接地间的电流）。
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