Chrent為什么要測阻抗？

計算機、通信系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等領(lǐng)域的數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)人員正面臨著越來越快的時鐘頻率和數(shù)據(jù)速率，隨之，信號完整性變得越來越重要。在當前的高工作速率下，影響信號上升時間、脈寬、時序、抖動或噪聲內(nèi)容的任何事物都會影響整個系統(tǒng)的性能和可靠性。為保證信號完整性，必須了解和控制信號經(jīng)過的傳輸環(huán)境的阻抗。阻抗不匹配和不連續(xù)會導(dǎo)致反射，增加系統(tǒng)噪聲和抖動，在整體上降低信號的質(zhì)量。

阻抗控制是當前許多數(shù)字系統(tǒng)、元器件規(guī)范的一部分，如USB3.0、HDMI、PCI Express、DP、Serial ATA、XAUI等。業(yè)內(nèi)已普遍使用仿真工具設(shè)計高速電路，仿真加快了設(shè)計周期，最大限度地減少了錯誤數(shù)量。但仿真之后，必須進行工程驗證來檢驗仿真設(shè)計，其中就包括阻抗測量。

ChrentTDR原理

TDR是時域反射儀英文(Time Domain Reflectometry)的首字母縮寫，用來測量信號在通過某類傳輸環(huán)境傳導(dǎo)時引起的反射，如電路板走線、電纜、連接器、背板等。TDR是一種通用的時域測試技術(shù)，廣泛應(yīng)用于PCB、電纜、連接器、背板、IC 等測試領(lǐng)域。TDR可測傳輸線的特性阻抗，并顯示出每個阻抗不連續(xù)點的位置和特性(阻抗、感抗和容抗)。

TDR通過向傳輸路徑中發(fā)送一個階躍脈沖信號，階躍信號沿著傳輸線傳輸，當傳輸路徑中阻抗發(fā)生變化，部分能量就會被反射，剩余的能量會繼續(xù)傳輸。

TDR原理-Contd

利用儀器觀測階躍脈沖源輸入點上的傳輸線信號，儀器上的波形以時間順序顯示入射和反射傳播信號總和。只要知道發(fā)射波的幅度及測量反射波的幅度，就可以計算阻抗的變化。同時只要測量由發(fā)射波到反射波再到達發(fā)射點的時間差就可以計算阻抗變化的位置。

傳輸線中的阻抗發(fā)生變化將導(dǎo)致階躍脈沖信號的幅度變化

TDR如何計算阻抗

TDR單端阻抗

利用示波器可以計算顯示出傳輸線各個點的阻抗，可以在示波器的屏幕上顯示一條TDR阻抗曲線，曲線的每一點對應(yīng)傳輸線上的每一點的特性阻抗。

TDR差分阻抗

差分阻抗是指在差分信號驅(qū)動下在兩條線路中測量的阻抗。為提供真正的差分阻抗測量功能，TDR的兩條通道中的通道提供了一個差分TDR的階躍。

TDR在信號完整性SI(Signal Integrity)中的應(yīng)用——Reflection(反射)

TDR分辨率

階躍脈沖的上升時間越快，可測的傳輸線長度越短，分辨率越高

實際分辨率(演示電路板，微帶)

如何改變TDR上升時間

為了與實際信號保持一致，很多規(guī)范要求，阻抗測量時TDR的上升時間與實際信號保持一致；外加不同上升時間的硬件濾波器來改變TDR的上升時間；利用示波器的Filter功能進行軟件濾波改變TDR的上升時間得到相應(yīng)的測試結(jié)果。

TDR探頭

在TDR測試中，特別是PCB板的阻抗測試，需要通過探頭將階躍脈沖信號點測DUT以完成測試，TDR探頭由探頭前端、探頭電纜等組成。

TDR和S參數(shù)轉(zhuǎn)換

TDR是時域響應(yīng)，S參數(shù)是頻域響應(yīng)，F(xiàn)FT后可以轉(zhuǎn)換成頻域的S參數(shù)。

ChrentTDR測量項目

差分阻抗、單端阻抗、串擾測試、信號傳輸時延delay、時滯Skew、上升時間、寄生電感/寄生電容、S參數(shù)、電纜/走線的長度、仿真眼圖

TDR應(yīng)用

TDR通過對反射現(xiàn)象的觀察可以找到被測試線路中的不連續(xù)點，如短路、斷路、過孔、走線寬度變化等。TDR也可以支持測量PCB走線、線纜的長度。

TDR是測量特性阻抗最簡明的方式

PCB線路

電纜

多芯片模塊

發(fā)現(xiàn)和測量阻抗不連續(xù)點或變化

在連接器中

PCB上的拐角和過孔

從連接器轉(zhuǎn)到電路板/從電路板轉(zhuǎn)到IC封裝

Chrent取樣示波器TDR和實時示波器TDR

實時示波器TDR阻抗測試

測試結(jié)果對比

Chrent

VNA矢量網(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)之間的矢量幅度得到測量結(jié)果；在測量的頻率范圍內(nèi)對輸入的信號進行掃描就可以獲得被測器件的頻率響應(yīng)特性；在測量接收機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。

VNA

VNA使用的是連續(xù)波(CW)信號。特定場景都要優(yōu)先選擇脈沖射頻信號·可以表征S參數(shù)、匹配復(fù)數(shù)阻抗、以及進行時域測量等。

基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA的TDR

VNA通常用于器件或傳輸線的S參數(shù)測試，是一種頻域測試方法。它發(fā)出正弦波同時測量入射電壓和反射電壓的矢量比。正弦波的頻率經(jīng)過掃頻，獲得DUT對頻率函數(shù)的響應(yīng)。

測S參數(shù)時，實際上相當于給輸入了不同頻率的正弦波，得到對于所有正弦信號的頻率響應(yīng)之后，然后進行IFFT逆傅里葉變換，就能得到時域上的沖激函數(shù)，把沖激函數(shù)積分，即可得到階躍的TDR信號。

時域vs頻域；TDR vs VNA

VNA和TDR的比較

S參數(shù)：VNA和TDR的比較

為什么選擇TDR?

可重復(fù)的、準確的真正差分測量

比VNA更快、校準和使用更簡便

支持檢定、標準一致性檢驗和制造測試

直觀的多用途平臺，除S參數(shù)外，提供了直觀的時域結(jié)果

為滿足串行數(shù)據(jù)要求專門設(shè)計的工具

基于TDR的解決方案與VNA比較-總結(jié)

基于TDR的解決方案的優(yōu)勢：

校準簡便，因此：快速吞吐量、簡便易用

在滿足差分串行數(shù)據(jù)應(yīng)用要求時成本要低25%-35%

基于TDR的解決方案已知的問題：

動態(tài)范圍較低

基于TDR的解決方案最高70dB, 而傳統(tǒng)VNA最高則達到100dB

70dB特別適合串行數(shù)據(jù)應(yīng)用

典型測量范圍為-10到-40dB