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恰到好处TDR

news 来源：原创 2025/7/18 22:49:02

了解我的人都知道我喜欢那些从 1 到 10 到 11 的东西。对于那里的年轻人，参见 Spinal Tap，1984 年。但是有没有把它调得太高这样的事情呢？我收到并回答了很多关于使用时域反射仪（TDR）进行测量的问题。

我需要多少带宽？

边缘应该有多快？

如何将其连接到 DUT？

这么说让我很痛苦，但 TDR 调得太高这样的事情，也很容易不够。我在我的书《权力完整性》中简要地谈到了这一点。如果存在 “too high” 和 “not enough” ，则还必须有一个 “just-right” 或 Goldilocks 设置。使用测量和一些数学运算，金发姑娘设置的答案会很清楚。用无限聪明的 Eric Bogatin 的话来说，“视情况而定”将定义这些设置，这些设置将根据具体情况而变化。

TDR 过高

带宽很昂贵，因此过多的 TDR 成本会大大超过您想要进行的测量所需的成本。如果您不在乎额外的成本，那么过多的 TDR 仍然是一件坏事吗？一句话，是的。图 1 中的图像显示了短 PCB 走线和连接器的测得 TDR 响应。顶部迹线使用 22.3ps 上升时间（约为 16GHz）TDR 信号测量，而第二条迹线显示相同的短 PCB 走线和连接器使用 150ps 上升时间（约为 2.3GHz）TDR 信号。

由于连接器质量低下，较快的 TDR 信号会产生大量不必要的振铃，但振铃也会掩盖实际的走线阻抗。更多的带宽和更高的成本不会产生更好的结果。话虽如此，成本较高的 TDR 可能会提供上升时间的可选性，就像这里使用的仪器一样。

图 1：使用 22.3ps 上升时间 TDR 信号（顶部迹线）和 150ps 上升时间 TDR 信号（下部迹线）测量相同的低质量连接器和短 PCB 走线。

TDR 太小

带宽不足会错过可能很重要的特定工件。图 2 所示的屏幕截图显示了在 500MHz TDR 带宽和 6GHz TDR 带宽下测得的相同 PCB 走线。在 6GHz 时，边缘连接器很明显，还有另外两个不连续性。在 500MHz 时，根本没有明显的不连续性。

图 2：同一 PCB 显示了连接器不连续性和两个额外的不连续性。在 500MHz 时，这些不连续性都不明显。

恰到好处TDR

SMA 边缘连接器连接到 TDR 演示板上的三条走线，如图 3 所示。这三个跟踪用作案例研究，用于验证 Goldilocks 解决方案。

图 3 SMA 连接器连接到此 TDR 演示板的顶部三条走线。这些跟踪将用于验证定义 Goldilocks 解决方案的数学运算。

TDR 信号在真空中以光速 C 传播。

或以每秒英寸数为单位

在电缆或印刷电路板等介质中，介质的介电常数会减慢信号速度。电缆制造商通常将这种减速指定为电缆的速度系数（VF）。速度因数与电缆的介电常数 Dk 的关系式为

TDR 的空间分辨率是上升/下降时间的一半

将空间分辨率设置为等于行进距离会导致

并转换为英寸

将这些与带宽相关联，而不是下降时间

并转换为英寸

演示板从顶部开始的第三条走线如图 3 所示，包括一对铜矩形，宽 200 mil，高 168 mil。168mil 比 50 Ohm 走线宽，因此预计每个位置都会出现阻抗下降。（PCB 为 FR4，假设 Dk 为 4。

将空间分辨率设置为矩形的 200mil 宽度并求解下降时间和带宽，结果分别为 5.2GHz 和 68ps。

如图 4 所示，演示板连接到 TDR，并在示波器带宽设置为 4GHz、5GHz、6GHz、7GHz 和 8GHz 的情况下进行测量。每个测量值都保存为参考轨迹，并使用示波器测量功能测量阻抗最小值。

图 4 演示板使用短刚性同轴电缆连接到 TDR。示波器设置为捕获 4GHz、5、GHz、6GHz、7GHz 和 8GHz 的不连续性。还可以使用测量功能捕获每条走线的最小阻抗。

生成的屏幕截图如图 5 所示。

图 5 不连续性测量的最小阻抗从 4GHz 到 8GHz，增量为 1GHz。

TDR 为 10.5GHz （33ps），这与每个带宽的示波器上升时间相结合

将阻抗最小值与其他每个测量带宽的 8GHz 测量值进行比较：

表 1 测得的最小阻抗与测量带宽的关系

带宽	极小	% 误差	BWmeasure 测量
8	26.75	那	6.9
7	27.26	1.9%	5.9
6	28.24	5.6%	5.3
5	29.39	9.9%	4.5
4	31.45	17.6%	3.8

在金发姑娘带宽下，确定 200mil 不连续性，阻抗最小值在 8GHz 测量值的 5% 以内，验证了数学解决方案。

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我们还可以使用这种空间分辨率来确定测量电缆或 PCB 试样所需的带宽。演示板的走线 1 是一条 6 英寸长的 50 欧姆走线。将分辨率设置为 6 英寸，再次使用介电常数 4，结果是

求解带宽得到最小带宽为 172MHz，用于测量 6 英寸走线的平均阻抗。图 6 中使用 200MHz 的带宽和 1GHz 的带宽进行了测量。

图 6 显示了一条 6 英寸长的 50 欧姆曲线，使用 200MHz 带宽和 1GHz 带宽。两者都缺乏清晰的细节，但使用技巧可以进行准确的测量。

1GHz 测量显示了由于低带宽而导致的吉布斯现象，并且 200MHz 带宽缺乏一个清晰的平坦区域来测量阻抗。即使存在这些不确定性，也可以采用一个简单的技巧来准确测量阻抗。TDR 提供反射系数，用于计算阻抗。以对称方式在反射测量上设置光标可提供平均间隔。在本例中，反射系数显示在橙色迹线中，光标设置为左侧的 -200mV 和右侧的 +200mV。示波器测量功能用于显示每条阻抗走线的平均值。测量使用光标门控函数仅评估光标之间的平均值。两个阻抗测量结果的相差在 0.2% 以内。

将带宽增加到 8GHz 确实提供了更精细的细节。图 7 中的屏幕截图显示了走线长度的后三分之二的测量值的平均值。该测量显示 47.3 欧姆，证实了 200MHz 时的结果精度在 5% 以内。在 8GHz 时，SMA 边缘连接器在图像的左侧也可以清楚地看到。