如何用LOTO示波器TDR方法測試電線長度？

TDR也就是時域反射（Time-domain reflectometer），它可以通過觀察導(dǎo)線中反射回來的電信號波形對導(dǎo)線長度進(jìn)行測量，或者對傳輸導(dǎo)線的阻抗特性進(jìn)行分析評估。

我們經(jīng)常會碰到的TDR的典型應(yīng)用一種是檢測地下鋪設(shè)的電纜的故障點(diǎn)位置，還有就是PCB高速信號走線的阻抗匹配分析。我們使用LOTO示波器的OSCH02型號，利用一些簡單的隨手可以找到的材料，測試一下電線的長度，演示一下TDR的原理和實(shí)測效果，以便大家直觀理解。

就像一條水渠，如果充足的一股水流突然從水渠的入口涌進(jìn)來，水波沿著水渠向前傳播，當(dāng)傳到水渠的盡頭沒有渠道可以繼續(xù)前行的話，會激起一個反彈的水波，又沿著水渠原路反向傳回來。我們在水渠的開頭會檢測到這個回波。從水流涌入水渠入口，到水渠入口檢測到反彈的回波，這個時間差乘以水流速度就是渠道長度的2倍。電信號在導(dǎo)體中傳播是類似的道理。

如圖所示，我們先不接被測線纜，直接測一個陡峭的上升沿信號，會在示波器上得到一個簡單的上升沿波形。圖中我們用的是一個400K的方波信號，這個邊沿不是特別陡峭，不過還可以，也是我這邊最方便得到的一個階躍上升沿。真正要做專業(yè)點(diǎn)的TDR測試，是需要用更陡峭的邊沿的，至少使用快速階躍二極管做一個陡峭邊沿。

我們把被測電線接上去對比下波形。我們找到了一段電線，里面有黑紅綠白4芯，整體長5.86米。

我們把導(dǎo)線倆倆串聯(lián)起來，這樣就相當(dāng)于11.92米的傳輸線長度，我們把線接入BNC轉(zhuǎn)接頭，直接連接到信號源端，同時示波器也并聯(lián)上來。

我們來看下整體的接線情況：

我們會看到，這樣接了傳輸導(dǎo)線后，原來簡單的上升沿變成了階梯狀：

圖中垂直光標(biāo)a處是上升沿信號從傳輸線一端加入時，示波器測到的，垂直光標(biāo)b處是信號從傳輸線盡頭反彈回來后在示波器端測到的，所以ab之間的時間差，就是電信號跑完傳輸線一個來回的時間。

測得這個時間差是133ns左右。電信號在導(dǎo)體介質(zhì)中的理論傳播速度是光速。實(shí)際上不同的絞線方式和絕緣介質(zhì)，會有不同的系數(shù)，并不真正達(dá)到光速。比如雙絞線，平行線，同軸線，都會不同，一般系數(shù)是0.6到0.9之間。我并不知道我手里這根線的具體材質(zhì)和系數(shù)，只能大概預(yù)估一下。這個線材比較便宜，質(zhì)量一般，所以傳輸損耗應(yīng)該屬于比較大的一類，因此取比較低的系數(shù)0.6。

傳輸線的長度=（133ns* 30 0000千米/秒*0.6）/2 = 11.97米。跟我們事先手動測量的11.92米非常接近。我們目前使用的是250M采樣率，所以測量的分辨率大概是4ns左右。采樣率越高，時間差的測量分辨率越高。在測量公里級的真正電纜故障點(diǎn)的時候，其實(shí)由于反彈回來的信號邊沿時間更長，也可以使用小一點(diǎn)的采樣率。

也有其他示波器的小伙伴測出了類似結(jié)果：

這就是簡單的TDR應(yīng)用案例。在鋪設(shè)電纜出線故障的時候，也就是利用這個案例的原理，在電纜的一段輸入階躍邊沿信號，檢測回波的時間差從而算出反射點(diǎn)到輸入端的距離，于是就知道了電纜故障點(diǎn)的具體位置了。要做到更專業(yè)的TDR，我們需要更陡峭的上升邊沿信號作為激勵，也需要更高的采樣率提高精度，本文只是拋磚引玉給大家直觀展示，大家可以自行研究嘗試。