TDR即Time Domain Reflectometry,即时域反射技术,是一种广泛应用于电子测量领域的技术,以下为你详细解释:
基本原理
信号在某一传输路径传输,当传输路径中发生阻抗变化时,一部分信号会被反射,另一部分信号会继续沿传输路径传输。TDR通过测量反射波的电压幅度,从而计算出阻抗的变化;同时,只要测量出反射点到信号输出点的时间值,就可以计算出传输路径中阻抗变化点的位置。
相关设备
TDR时域反射计是基于时域反射技术的测量仪器,主要由快沿信号发生器、采样示波器和探头系统三部分组成。典型发射信号的特征是幅度200mV、上升时间35ps、频率250KHz的方波。
特性阻抗
特性阻抗是射频传输线影响信号电压、电流的幅值和相位变化的固有特性,等于各处的电压与电流的比值,用V/I表示。电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性,由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定。例如同轴线的特性阻抗是50或75Ω,常用非屏蔽双绞线的特性阻抗为100Ω,屏蔽双绞线的特性阻抗为150Ω。
测量应用
1.电缆长度与故障定位:TDR时域反射计向被测电缆发送一个低压脉冲,在电缆内阻抗变化的情况下会看到反射。通过测量从反射释放到低压脉冲释放之间的时间,并知道脉冲的传播速度,便可以计算到反射的距离,从而得出电缆长度或者故障点距离。还可根据不同的发射波形判断电缆中可能出现的阻抗变化或故障类型的信息。可用于各种电路线路、双绞线、屏蔽电缆、同轴电缆、五类线(Cat.5)和不带电的电力线等各类电缆的长度测量以及故障定位。
2.验证元件与线路质量:可用于验证元件、互连与传输线路的阻抗和信号路径质量。通过向被测器件发送快速脉冲边缘,监控反射信号抵达示波器的时间以及被测器件内脉冲传播速率确定中断位置,对比反射脉冲与原始脉冲大小确定中断幅值,从而确定线路内阻抗是否发生变化。还可揭示线路内中断现象的本质(电阻式、电感式或电容式),确认传输系统内的衰减是由串联损耗还是由分流损耗引发。
3.其他应用:在半导体封装缺陷定位、物位测量、岩土工程稳定性观察、土壤水分含量测定等方面也有应用。例如基于TDR的液位测量设备,利用信号一部分在入射后反射或击中介质目标表面的特性,通过计算发送时间与反射波接收时间之差来计算周期,进而确定液体的液位。
测量限制
1.阶跃信号发生器影响:阶跃激励信号的形状和上升时间对TDR/TDT测量的精确性非常重要。过冲和不平坦的阶跃信号可能导致DUT响应难以解释,无法正确解释为DUT的缺陷;阶跃上升时间会影响测量精度,不同数据速率下使用的元器件需要合适边缘速度的TDR进行分析。
2.电缆和连接器影响:阶跃信号源、DUT和示波器之间的电缆和连接器对测量结果有很大影响。阻抗失配以及存在缺陷的连接器会增加实际被测信号的反射,导致信号失真,使用户难以区分反射来源。此外,电缆随着频率升高损耗增大,边缘上升时间变长,会影响阶跃信号质量。