傳統時域反射計工作原理

時域反射計TDR是最常用的測量傳輸線特征阻抗的儀器，它是利用時域反射的原理進行特性阻抗的測量。

圖1是傳統TDR工作原理圖。

圖1  時域反射計TDR工作原理

TDR包括三部分組成：

1）  快沿信號發生器：
典型的發射信號的特征是：幅度200mv，上升時間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：
連接被測件和TDR儀器。

測試信號的運行特征參考圖2所示。由階躍源發出的快邊沿信號注入到被測傳輸線上，如果傳輸線阻抗連續，這個快沿階躍信號就沿著傳輸線向前傳播。當傳輸線出現阻抗變化時，階躍信號就有一部分反射回來，一部分繼續往前傳播。反射回來的信號疊加到注入的階躍信號，示波器可采集到這個信號。因為反射回來的信號和注入的信號有一定的時間差，所以示波器采集到的這個疊加信號的邊緣是帶臺階的，這個臺階反映了信號傳播反射的時間關系，與傳輸線電長度對應。

圖2  TDR測試信號在傳輸線上的運動特征

圖3是計算被測傳輸線特征阻抗的計算公式。當示波器采集到這個疊加信號后，容易去掉注入的信號（有些TDR儀器注入信號是從-200mv到0v的，所以示波器采集到的邊沿臺階就是反射回來的信號）。這樣容易通過圖中公式計算出反射系數，由反射系數通過圖中公式（測試系統的阻抗是50歐姆）容易計算出發生反射電壓點的負載阻抗。

圖3  TDR計算被測件特征阻抗的計算公式

TDR比較有意義的一點是，示波器采集到了每一點的反射電壓（如果因為阻抗匹配而無反射，則假設反射的電壓為0v），從而示波器屏幕上顯示了一條TDR曲線，這個曲線與傳輸線的每一點有一一對應關系。從這個曲線上可以讀出傳輸線上每一點的特征阻抗。如果知道有效介電常數，可以計算出/讀出每一點距離測試點的具體長度，如圖14所示。