时域反射计TDR原理

传统时域反射计工作原理

时域反射计TDR是最常用的测量传输线特征阻抗的仪器，它是利用时域反射的原理进行特性阻抗的测量。

图1是传统TDR工作原理图。

图1  时域反射计TDR工作原理

TDR包括三部分组成：

1）  快沿信号发生器：
典型的发射信号的特征是：幅度200mv，上升时间35ps，频率250KHz方波。

2）  采样示波器：
通用的采样示波器.

3）  探头系统：
连接被测件和TDR仪器。

测试信号的运行特征参考图2所示。由阶跃源发出的快边沿信号注入到被测传输线上，如果传输线阻抗连续，这个快沿阶跃信号就沿着传输线向前传播。当传输线出现阻抗变化时，阶跃信号就有一部分反射回来，一部分继续往前传播。反射回来的信号叠加到注入的阶跃信号，示波器可采集到这个信号。因为反射回来的信号和注入的信号有一定的时间差，所以示波器采集到的这个叠加信号的边缘是带台阶的，这个台阶反映了信号传播反射的时间关系，与传输线电长度对应。

图2  TDR测试信号在传输线上的运动特征

图3是计算被测传输线特征阻抗的计算公式。当示波器采集到这个叠加信号后，容易去掉注入的信号（有些TDR仪器注入信号是从-200mv到0v的，所以示波器采集到的边沿台阶就是反射回来的信号）。这样容易通过图中公式计算出反射系数，由反射系数通过图中公式（测试系统的阻抗是50欧姆）容易计算出发生反射电压点的负载阻抗。

图3  TDR计算被测件特征阻抗的计算公式

TDR比较有意义的一点是，示波器采集到了每一点的反射电压（如果因为阻抗匹配而无反射，则假设反射的电压为0v），从而示波器屏幕上显示了一条TDR曲线，这个曲线与传输线的每一点有一一对应关系。从这个曲线上可以读出传输线上每一点的特征阻抗。如果知道有效介电常数，可以计算出/读出每一点距离测试点的具体长度，如图14所示。