傳統(tǒng)時(shí)域反射計(jì)工作原理

時(shí)域反射計(jì)TDR是最常用的測(cè)量傳輸線(xiàn)特征阻抗的儀器，它是利用時(shí)域反射的原理進(jìn)行特性阻抗的測(cè)量。

圖1是傳統(tǒng)TDR工作原理圖。

圖1  時(shí)域反射計(jì)TDR工作原理

TDR包括三部分組成：

1）  快沿信號(hào)發(fā)生器：
典型的發(fā)射信號(hào)的特征是：幅度200mv，上升時(shí)間35ps，頻率250KHz方波。

2）  采樣示波器：
通用的采樣示波器.

3）  探頭系統(tǒng)：
連接被測(cè)件和TDR儀器。

測(cè)試信號(hào)的運(yùn)行特征參考圖2所示。由階躍源發(fā)出的快邊沿信號(hào)注入到被測(cè)傳輸線(xiàn)上，如果傳輸線(xiàn)阻抗連續(xù)，這個(gè)快沿階躍信號(hào)就沿著傳輸線(xiàn)向前傳播。當(dāng)傳輸線(xiàn)出現(xiàn)阻抗變化時(shí)，階躍信號(hào)就有一部分反射回來(lái)，一部分繼續(xù)往前傳播。反射回來(lái)的信號(hào)疊加到注入的階躍信號(hào)，示波器可采集到這個(gè)信號(hào)。因?yàn)榉瓷浠貋?lái)的信號(hào)和注入的信號(hào)有一定的時(shí)間差，所以示波器采集到的這個(gè)疊加信號(hào)的邊緣是帶臺(tái)階的，這個(gè)臺(tái)階反映了信號(hào)傳播反射的時(shí)間關(guān)系，與傳輸線(xiàn)電長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)。

圖2  TDR測(cè)試信號(hào)在傳輸線(xiàn)上的運(yùn)動(dòng)特征

圖3是計(jì)算被測(cè)傳輸線(xiàn)特征阻抗的計(jì)算公式。當(dāng)示波器采集到這個(gè)疊加信號(hào)后，容易去掉注入的信號(hào)（有些TDR儀器注入信號(hào)是從-200mv到0v的，所以示波器采集到的邊沿臺(tái)階就是反射回來(lái)的信號(hào)）。這樣容易通過(guò)圖中公式計(jì)算出反射系數(shù)，由反射系數(shù)通過(guò)圖中公式（測(cè)試系統(tǒng)的阻抗是50歐姆）容易計(jì)算出發(fā)生反射電壓點(diǎn)的負(fù)載阻抗。

圖3  TDR計(jì)算被測(cè)件特征阻抗的計(jì)算公式

TDR比較有意義的一點(diǎn)是，示波器采集到了每一點(diǎn)的反射電壓（如果因?yàn)樽杩蛊ヅ涠鵁o(wú)反射，則假設(shè)反射的電壓為0v），從而示波器屏幕上顯示了一條TDR曲線(xiàn)，這個(gè)曲線(xiàn)與傳輸線(xiàn)的每一點(diǎn)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。從這個(gè)曲線(xiàn)上可以讀出傳輸線(xiàn)上每一點(diǎn)的特征阻抗。如果知道有效介電常數(shù)，可以計(jì)算出/讀出每一點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)的具體長(zhǎng)度，如圖14所示。