基于PCB 傳輸線 的 TDR 操作步驟

衡量 PCB 上傳輸線的最重要指標(biāo)是特征阻抗，或叫特性阻抗，簡(jiǎn)稱阻抗。PCB 傳輸線的特征阻抗不是直流電阻，它屬于長(zhǎng)線傳輸中的概念。在高頻范圍內(nèi)，信號(hào)傳輸過(guò)程中，信號(hào)邊沿到達(dá)的地方，信號(hào)線和參考平面（電源或地平面）間由于電場(chǎng)的建立，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間電流，如果傳輸線是各向同性的，那么只要信號(hào)在傳輸，就始終存在一個(gè)瞬態(tài)電流 I，而如果信號(hào)的瞬態(tài)電壓為 V，在信號(hào)傳輸過(guò)程中，傳輸線就會(huì)等效成一個(gè)電阻，把這個(gè)等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗 。信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發(fā)生變化，信號(hào)就會(huì)在阻抗不連續(xù)的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生反射。所以要對(duì)特性阻抗進(jìn)行測(cè)量。

網(wǎng)絡(luò)分析儀即可以測(cè)量頻域特性也可以測(cè)量器件的時(shí)域特征，測(cè)量的時(shí)候給被測(cè)器件輸入一個(gè)正弦波激勵(lì)信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)算輸入信號(hào)與傳輸信號(hào)（S21）或反射信號(hào)（S11）之間的矢量幅度比得到測(cè)量結(jié)果。在測(cè)量的頻率范圍內(nèi)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行掃描就可以獲得被測(cè)器件的頻率響應(yīng)特性。在測(cè)量接收機(jī)中使用帶通濾波器可以把噪聲和不需要的信號(hào)從測(cè)量結(jié)果中去掉以提高測(cè)量精度。

但是 VNA 也可以用來(lái)測(cè)試 TDR 參數(shù)。通過(guò)信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)掃頻的正弦波來(lái)激勵(lì) DUT。VNA 測(cè)量 DUT 的反射信號(hào)和傳輸信號(hào)。反射信號(hào)可以用多種格式顯示，包括 SWR 和反射系數(shù)。通過(guò)對(duì)反射和傳輸頻率響應(yīng)特性進(jìn)行傅立葉逆變換即可得到時(shí)域特征，可以獲得時(shí)域上的沖激響應(yīng)特性。再通過(guò)對(duì)沖激響應(yīng)特性進(jìn)行積分，可得到階躍響應(yīng)特性。當(dāng)然 VNA 也并不是萬(wàn)能的，它的強(qiáng)大是建立在復(fù)雜校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，也不能直接在直流情況下進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)被測(cè)件很長(zhǎng)時(shí)（電纜），完成低頻測(cè)量也要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。TDR 由于從 DC 開(kāi)始測(cè)量，具有良好的低頻信號(hào)，TDR 具有相當(dāng)大的存儲(chǔ)深度，可以有效的測(cè)量長(zhǎng)電纜的 S 參數(shù)。另外，VNA 的價(jià)格高出 TDR 很多。

從傅立葉逆變換中推導(dǎo)出的階躍響應(yīng)特性與沖激響應(yīng)特性之間的關(guān)系。

在使用網(wǎng)絡(luò)分析儀 ENA-TDR 功能前也必須進(jìn)行校準(zhǔn)，按照精度和難易程度如下圖所示。其中精度最高，使用最方便的是使用電子校準(zhǔn)件進(jìn)行全端口校準(zhǔn)，校準(zhǔn)速度也是非?？?，4 端口校準(zhǔn)幾秒即可完成。所以選擇和使用 ENA-TDR，建議配備和使用電子校準(zhǔn)件。

基于 E5071C 的 TDR 操作步驟。

ENA-TDR 用戶界面很容易理解，對(duì)于不熟悉矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和 S 參數(shù)測(cè)量的用戶，也可以提供直觀的操作步驟。通過(guò)設(shè)置向?qū)Э梢灾笇?dǎo)用戶執(zhí)行所有必要步驟，從而直觀、無(wú)誤地進(jìn)行設(shè)置、校準(zhǔn)和測(cè)量。

首先在【Analysis】菜單下把【TDR】設(shè)置成【ON】。

點(diǎn)擊【Yes】后軟件會(huì)自動(dòng)重啟。

進(jìn)入 TDR 模式

1/2/4 端口 TDR/TDT 和 S 參數(shù)模式

點(diǎn)擊【Eye/Mask】則出現(xiàn)的是眼圖模式。

通過(guò)按下左側(cè)的按鍵，可以在模式之間切換。

通過(guò)【Setup Wizard】按鍵選擇 DUT 類型。選擇被測(cè)設(shè)備 （DUT） 的類型。支持單端型 1 端口、2 端口和 4 端口，以及差分 1 端口、2 端口類型。

或者也可以通過(guò)【DUT Topology】選擇 DUT 的連接方式。

執(zhí)行誤差校正。根據(jù)以下提示執(zhí)行誤差校正。提示各不相同，其取決于第一步中所選擇的誤差校正方法。

用電子校準(zhǔn)件 ECal 進(jìn)行全端口校準(zhǔn)是最全面也是最方便的操作。

可自動(dòng)測(cè)量 DUT 的長(zhǎng)度

設(shè)置上升時(shí)間

如果要退出 TDR 應(yīng)用程序，需要按【TDR】 OFF

有些人初次使用 TDR 功能會(huì)直接點(diǎn)擊下面的叉號(hào)去關(guān)閉，應(yīng)用程序的界面是關(guān)閉了，但是實(shí)際功能是沒(méi)有完全關(guān)閉的。點(diǎn)擊【Analysis】--》【TDR】OFF 后，軟件會(huì)自動(dòng)重啟。

TDR 模式下所有的參數(shù)設(shè)置均在下圖的列表中，不再用按鍵面板的物理按鍵來(lái)操作。比如 S 參數(shù)的設(shè)置。

通過(guò)搭配探針就可以對(duì) PCB 板進(jìn)行阻抗測(cè)量。
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