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TDR測試儀簡介 產技中心 汪興
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TDR工作原理 TDR儀器在電線電纜測量中的應用 TDR儀器使用時的注意事項
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第一部分 TDR工作原理
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TDR儀器時域反射模式原理 TDR=Time Domain Reflectometry 原理:信號在某一傳輸路徑傳送,當傳輸路徑中發生阻抗變化時,一部分信號會被反射,另一部分信號會繼續延傳輸路徑傳輸; TDR是通過測量反射波的電壓幅度,從而計算出阻抗的變化; 同時,只要測量出反射點到發射點的時間值,就可計算出傳輸路徑中阻抗變化點的位置.
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TDR儀器的基本構成 TDR系統主要由階躍信號源及高速采樣頭組成;
其中,階躍信號源的上升時間決定分辨阻抗不連續點的能力;高速采樣頭決定阻抗變化位置的準確性.
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如何計算阻抗值 從以上公式可知, 由于入射電壓為已知,故只要測量出反射點的電壓值,就可計算出反射系數ρ值; 而儀器的輸出阻抗Z0 可由使用者自己設置,這樣就可計算出反射點的阻抗Z值.
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如何計算阻抗變化點的位置 TDR可測量出反射點的傳輸延時,由傳輸延時值可計算出反射點的位置. V=信號在介質中的傳輸速度
T=TDR儀器上讀取到的延時值 C=光速 ε= 介電常數
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TDR經典的三個模型 1. 開路(OPEN)模型
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TDR經典的三個模型 2. 短路(Short)模型
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TDR經典的三個模型 3. 匹配負載(Load)模型
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電壓與時間變化示意圖
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反射系數與時間變化示意圖
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阻抗與時間變化示意圖
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TDR測量阻抗不連續點示意圖
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原理: 信號在某一傳輸路徑傳送,利用另外一采樣頭在遠端獲取并測量電壓脈沖值.
TDR儀器時域傳輸模式原理 TDT=Time Domain Transmission 原理: 信號在某一傳輸路徑傳送,利用另外一采樣頭在遠端獲取并測量電壓脈沖值. TDT與TDR最大的區別就是, TDT必須采用兩個采樣頭.
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第二部分 TDR在電線電纜測量中的應用
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TDR測量內容 特性阻抗 (Impedance) 延時 (Delay) 延時差 (Skew) 信號間的串音 (Crosstalk) 上升時間(Rise-Time)
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特性阻抗(Impedance) 1. 差模阻抗(Differential Mode Impedance )
差分阻抗指在差分驅動時在兩條傳輸線中測量的阻抗. 2. 共模阻抗(Common Mode Impedance) 共模阻抗指在兩條傳輸線并連在一起的阻抗.
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特性阻抗(Impedance) 3. 單模阻抗(Single Ended Mode Impedance)
其中一電極的電勢永遠保持為零，另一電極的電 勢隨信號變化所表現的特性 .
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Delay是電信號從發送端到達測量端所用的時間。 可采用TDR及TDT兩種模式進行測試.
DUT In Out
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Skew信號在不同介質間傳輸的差異，分為對間延時差和對內延時差。可采用TDR及TDT兩種模式測試.
DUT Delay In Out In Out
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串音(Crosstalk) 串音一般分為近端串音及遠端串音兩種. 一般采用TDT模式進行測試; 為防止多重反射產生的錯誤信號,在測試串音時必
須加上終端匹配電阻. 采樣頭(OUT) Load 采樣頭(IN) 采樣頭(IN)
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上升時間(Rise-Time) Rise Time信號的上升邊沿的幅值一般是指從10%上升到 90%所用的時間。
一般采用TDT模式進行測試. 1 10% 90% Rise Time
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影響測試結果的因素 諸多因素影響到測試結果,如TDR系統的階躍響應及采樣 頭性能,連接線(或探頭)與待測物連接點的性能,多重反射
和測試中使用的參考阻抗的精度等等.
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第三部分 TDR儀器使用時的注意事項
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TDR測量時應注意的問題 選擇測試類型 上升時間的設置 靜電及TDR模塊的保護
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TDR測試類型的設定 1. 選定TDR及TDT模式 ; 2. 設定差分還是其他模式 ; 3. 確定測量的上升時間(Rise-Time) ;
4. 有效的校驗方式及方法;
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TDR儀器中上升時間的意義 *實線為理想值, 虛線為實際測量值
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TDR儀器中上升時間的意義 諸多因素影響到TDR系統分辨待測對象中間隔緊密不連續點的能力,
成一個小小的畸變, 這不但會隱藏某些不連續點, 而且會導致讀數的 不準確; 準確的測試系統上升時間應該包括: TDR采樣頭所產生的脈沖上升 時間以及探頭或連接線的上升時間.
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設置測量時的上升時間 1. 一般情況下, 我們希望TDR測量系統有一個非常快的上升時間以提供更好的測試分辨率, 但在某些特定的情況下, 極快的上升時間會給出誤導性結果; 2. 為了與實際信號保持一致, 很多標準規範中都會特意強調測試時所用的上升時間; 如 Serial ATA 70ps; DVI 75ps; HDMI 200ps等等. 3. 不同的儀器供應商有不同的方法來設置上升時間;
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靜電及TDR模塊的保護 1.靜電產生的原因 2.TDR模塊的原理及保護 1) 走路時會產生靜電; 2) 摩擦物品時會產生靜電;
*人體可以儲存高達35000V的靜電, 而10000V的人體靜電可經常存在; 2.TDR模塊的原理及保護 要保證更快的上升時間,就必須盡可能的減少保護 電路的使用.
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低電壓EOS現象對TDR模塊的損壞 EOS=Extended Over Stress 增強式過載
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TDR采樣頭損壞前後圖示對比
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小結 1. 由于TDR采樣頭無保護電路,故輸入電壓僅僅3V就可超出其設計極限,而大多數靜電都大大超出在此範圍;
3. 測試測量過程中,浮動的連接線可以很容易的累積靜電; 4. 靜電保護可以有效地減少高電壓靜電的出現,但仍會殘 余部分靜電電荷,而此類無法完全釋放的電荷又很容易累積,從而產生EOS過勞損壞的情況; 5. 重復多次的低電壓EOS輸入TDR采樣頭模塊會損壞取樣二管, 大多數TDR采樣模塊的損壞都是此種現象造成;
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Angilent86100A儀器圖示
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TEK TDS8000 儀器圖示
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TEK 11801C 儀器圖示
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謝 謝!
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