TDR（時域反射計）可能是實驗室中上升時間最快的儀器，但您可以使用直流歐姆表測試其準確性。

TDR 測量什么

在所有高速通道中，反射都很糟糕。我們嘗試設計一個通道來減少反射，這些反射都會導致符號間干擾 （ISI）。

但在 TDR 中，反射是我們的朋友。當信號遇到瞬時阻抗變化時，我們使用信號的反射作為儀器運行的基礎。TDR 還利用了信號的有限傳播速度。這會將不連續性的位置轉換為在源處測量反射的時間延遲。

TDR 儀器有兩個重要元件：一個非常快速的階躍邊沿發生器和一個采樣示波器，用于測量信號發射附近的電壓。圖 1 顯示了如何使用這兩個元件來傳輸和測量來自被測設備 （DUT） 的反射。

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快速邊沿被發射到 DUT 中，并沿互連的長度向下傳播。每當邊沿遇到瞬時阻抗變化時，都會產生一個反射信號，向后傳播到源。當反射邊緣返回到采樣范圍時，將檢測到它。反射的大小和測量時間編碼了有關阻抗變化的大小及其位置的信息。

從信號的角度來看，什么物理結構會產生瞬時阻抗的變化并不重要。它可能來自傳輸線幾何形狀的變化，也可以是串聯或分流的分立電阻器。

TDR 對串聯電阻和分流電阻敏感

如果互連是均勻的，則信號沿線路傳播時，信號和返回路徑之間會有一個恒定的瞬時阻抗。如果邊沿遇到分立串聯電阻，它會將其與傳輸線的瞬時阻抗串聯。這種較高的瞬時阻抗會產生一個小的反射。但是，路徑的其余部分的阻抗沒有變化，因此沒有進一步的反射。

小串聯電阻的影響是在傳輸線的分布式阻抗中產生偏移。例如，當連接器因連接器臟污或連接松動而導致接觸電阻時，就會出現這種情況。

例如，如果由于信號導體狹窄，互連中存在高串聯電阻，則隨著信號沿線路傳播，阻抗將逐漸增加。區分幾何結構對阻抗或串聯電阻的影響的方法是從兩端測量 DUT。如果瞬時阻抗增加是由于分布式串聯電阻引起的，則阻抗曲線在兩個方向上都將看起來是“上坡”。圖 2 顯示了傳輸線結構中這兩種效應的示例。

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當電阻是分流電阻時，穿過信號和返回路徑，它與傳輸線的瞬時阻抗并聯。如果該電阻器放置在傳輸線的末端，則電阻器使開路短路，其電阻在瞬時阻抗中占主導地位。

信號無法分辨均勻 50 歐姆傳輸線的瞬時阻抗與信號和線路末端返回之間的 50 歐姆電阻之間的差異。圖 3 顯示了兩種結構的 TDR 響應;一條是 50 歐姆傳輸線，一條是 50 歐姆分流電阻器。兩者都在發布時進行了小規模停產。只有等待看到同軸電纜末端開口的反射，您才能分辨出哪個是哪個。

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來自分立電阻器的 TDR

與開路并聯的電阻器的瞬時阻抗是其電阻。原則上，如果我們測量分立分流電阻器的 TDR 響應，我們應該只看到電阻器的電阻。

在實踐中，分立電阻器與同軸連接器（如 SMA）的連接總是會導致較大的不連續性。由于引線較長，不連續性將始終很高，看起來像感應不連續性。圖 4 顯示了焊接在 SMA 連接器上的 50 Ohm 軸向引線電阻器測得的 TDR 響應示例。

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我們可以將連接建模為一條短的、高阻抗的、均勻的傳輸線，一側是 50 歐姆的 SMA，另一側是電阻器。如果短不連續性是無損的，則不連續性的前端和后端將產生反射。而且，來自后端的反射將在不連續性內部嘎嘎作響，從每一端反射。

如果我們等待足夠長的時間（大約 5 次往返時間）讓所有反射消失，我們將看到源的 50 歐姆和分立電阻器的電阻之間的阻抗變化產生的凈反射。這個原理可以用一個簡單的模擬來說明。圖 5 顯示了 0.1 ns 長的 200 Ω 傳輸線與 75 Ohm 理想電阻器串聯的仿真 TDR 響應。上升時間為 35 psec。

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您可以看到 200 歐姆傳輸線內部的多次反射。它的 TD = 0.1 納秒。200 歐姆傳輸線正面和背面的反射之間的往返延遲為 2 x TD = 0.2 納秒。即使存在如此高的阻抗差，在 5 x 往返延遲 = 1 ns 后，所有反射都已消失，測得的阻抗是電阻器的阻抗，即 75 歐姆。

這提出了一種使用分立電阻器測試 TDR 精度的有效方法。

使用電阻器驗證 TDR 的精度

我選擇了一些軸向鉛 1/4 瓦碳電阻器，其值大約為 10 歐姆、30 歐姆、50 歐姆、70 歐姆、100 歐姆、150 歐姆和 330 歐姆，并將它們焊接到 SMA 連接器上。我并沒有試圖設計一個低發射不連續性。我使用 Keithley 196 系統 DMM 測量了信號引腳和 SMA 外屏蔽層之間的電阻，該數字萬用表的 NIST 可追溯絕對精度為 0.1%。我小心翼翼地消除了測試引線的 0.3 歐姆串聯電阻的偽影。

通常，很難將接觸電阻降低到 0.1 歐姆以下，這會導致 10 歐姆電阻器的誤差達到 1% 的水平。

當我用 TDR 測量這些安裝 SMA 的電阻器時，我測量了圖 6 所示的響應。在此示例中，我使用了 50 psec 的上升時間。

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雖然它們在發射時都有非常大的不連續性，但如果我們等待這些初始反射消失，TDR 測得的最終長時間阻抗與數字萬用表測得的阻抗非常接近。以下是 DC DMM 歐姆計測量和 35 psec TDR 測量之間的差異摘要：

DMM 電阻?TDR 電阻相對誤差

R = 9.96 歐姆 10.1 歐姆 0.14 歐姆/10 歐姆 = 1.4%

R = 32.3 歐姆 32.5 歐姆 0.2 歐姆/32.2 = 0.6%

R = 50.8 歐姆 50.9 歐姆 0.1/51 歐姆 = 0.2%

R = 74.1 歐姆 73.8 歐姆 0.3 歐姆/74 歐姆 = 0.4%

R = 100.0 歐姆 99.7 歐姆 0.3/100 = 0.3%

R = 153.4 歐姆 151.8 歐姆 1.6 歐姆/153 = 1.0%

R = 329 歐姆 324 歐姆 5 歐姆/329 = 1.5%

接近 50 歐姆，絕對精度小于 1%。

結論

如果您想對 TDR 的精度充滿信心，很容易構建一些電阻器樣本，使用 TDR 測量它們的電阻并與它們的直流電阻進行比較。只要您等待足夠長的時間讓所有發射不連續性消失，您就應該使用 DMM 測量與 TDR 相同的電阻。這是對 TDR 校準精度的測試。這是每個 TDR 用戶都應該采取的步驟，以獲得對儀器準確性的信心。

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