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時域反射計TDR原理

2013-12-16 來源:微波射頻網(wǎng) 字號:
所以TDR儀器不僅僅可以用來測量傳輸線的特征阻抗,還可以幫助定位斷點(diǎn)或短路點(diǎn)的具體位置,比如有些工程師就用TDR來檢驗(yàn)計算機(jī)、消費(fèi)電子設(shè)備上的軟排線是否有斷點(diǎn)或短路點(diǎn)。計算機(jī)和消費(fèi)電子設(shè)備用了很多的軟排線來傳輸高速信號(比如連接顯示屏的軟排線),這種軟排線的每根線都是一個小同軸電纜,由于細(xì)小,生產(chǎn)時容易短路或短路,用TDR儀器可以幫助檢查和定位問題。

TDR曲線與被測傳輸線一一對應(yīng)

圖4  TDR曲線與被測傳輸線一一對應(yīng)

當(dāng)傳輸線上存在寄生電容、電感(如過孔)時,在TDR曲線上可以反映出寄生參數(shù)引起的阻抗不不連續(xù),而且這些阻抗不連續(xù)曲線可以等效為電容、電感或其組合的模型,因而TDR也可以用來進(jìn)行互連建模,可以直接在儀器上讀出寄生的電感或電容,或通過仿真軟件建立更詳細(xì)的模型,如圖5所示。

 從TDR曲線上的波動處可計算出寄生電容或電感

圖5  從TDR曲線上的波動處可計算出寄生電容或電感

基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的ENA-TDR測量原理

網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA 是測量被測件(DUT)頻率響應(yīng)的儀器,測量的時候給被測器件輸入一個正弦波激勵信號,然后通過計算輸入信號與傳輸信號(S21)或反射信號(S11)之間的矢量幅度比(圖6)得到測量結(jié)果;在測量的頻率范圍內(nèi)對輸入的信號進(jìn)行掃描就可以獲得被測器件的頻率響應(yīng)特性(圖7 );在測量接收機(jī)中使用帶通濾波器可以把噪聲和不需要的信號從測量結(jié)果中去掉,提高測量精度。

輸入信號、反射信號和傳輸信號示意圖

圖6  輸入信號、反射信號和傳輸信號示意圖

在測量頻率范圍內(nèi)掃描正弦波激勵信號,就可用 VNA 測得被測器件的頻率響應(yīng)特性

圖7  在測量頻率范圍內(nèi)掃描正弦波激勵信號,就可用 VNA 測得被測器件的頻率響應(yīng)特性

眾所周知,頻域和時域之間的關(guān)系可以通過傅立葉理論來描述。通過對使用 VNA 獲得的反射和傳輸頻率響應(yīng)特性進(jìn)行傅立葉逆變換,可以獲得時域上的沖激響應(yīng)特性(圖8)。再通過對沖激響應(yīng)特性進(jìn)行積分,可得到階躍響應(yīng)特性。這和在 TDR 示波器上觀察到的響應(yīng)特性是一樣的。由于積分計算非常耗時,因此實(shí)際上使用的方法是在頻域中根據(jù)傅立葉變換的卷積原理進(jìn)行計算——把輸入信號的傅立葉變換和被測件的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行卷積,然后再對結(jié)果實(shí)施傅立葉逆變換。由于在時域中的積分也可使用頻域中的卷積來描述,因此我們可以快速計算出階躍響應(yīng)特性。

 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

圖8  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

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