时域反射计TDR

关键词：线性时不变、冲激响应、IFFT

一．TDR的概念

信号沿传输路径发射时，理想情况下，信号均不应被反射回信号源，即所有信号能量均应抵达预期目标位置。如果整条传输路径和线路终端的阻抗与信号源输出阻抗相当，则会出现上述情况。但是，如果阻抗出现变化，则部分信号可能会反射。

之前的文章提到通过提取S参数研究通道特性，在得到某一个无源链路的S参数之后，无论链路是一段传输线，还是一个连接器，还是一个过孔等等，或者是很多部分的组合。这时从S参数的角度关心整个链路的回损或者插损就足矣，把链路当成一个黑盒。但是如果S参数指标差的时候，比如我们经常最关心的S21，想着插损不行，第一反应也许就会去看看回损怎么样？毕竟反射如果大，插损会变不好。但是有时候，比如内部阻抗不连续点，距离S参数的端口比较远，也许反射回来的能量在途中已经消耗殆尽，都体现不到S11上面去，让人觉得S11还不错，误以为反射不大。这个时候就需要TDR来助力了解整个链路上的阻抗突变情况了。不管是仿真还是测试中TDR都是经常用来诊断无源链路的一个手段，毕竟往大了说SI问题约等于阻抗匹配问题。

时域反射计（TDR）是一项成熟的技术，可用于验证元件、互连与传输线路的阻抗和信号路径质量。TDR，TimeDomain Reflectometry，时域反射技术，一种对反射波进行分析的遥控测量技术，在遥控位置掌握被测量物件的状况。时域反射计（TDR）使用阶跃发生器和示波器，可向被测器件发送快速脉冲边缘。如果阻抗中断，部分脉冲将返回到监控示波器。通过监控反射信号抵达示波器的时间（以及被测器件内脉冲传播速率）可确定中断位置。此外，可通过对比反射脉冲与被测器件所接收的原始脉冲的大小，确定中断幅值。因此，这一“回波技术”可轻松确定线路内阻抗是否发生变化。使用分析技术，可揭示线路内中断现象的本质（电阻式、电感式或电容式），并确认传输系统内的衰减是由串联损耗还是由分流损耗引发。示波器显示屏上将即时显示上述信息。与其他反射计方法仅在固定频率范围内进行测试不同，由于快速脉冲阶跃激励属宽带激励，因此，TDR 可提供与传输系统宽带相关的重要信息。

图源：知乎

二．S参数与TDR

TDR可以通过时域的设备去测试，也可以通过先测得S参数，然后通过S参数的傅里叶反变换得到。

TDR设备简单的模型如下图，是由一个step信号的激励，通过cable，连接并注入到DUT上去。源阻抗50ohm，cable的特性阻抗一般为50ohm。然后TDR内部采集A点的电压，最后得到DUT的TDR曲线。

图源：CSDN

这里假设DUT是一段250ps延迟的60ohm特性阻抗的传输线。输出的源为2V的Step信号，在A点测量到的电压曲线图如下，凭借A点的电压波形就可以计算得出后面DUT的阻抗信息。

图源：CSDN

除了从时域瞬态角度去得到，还可以从频域角度，直接从S参数得到。无论是S11，还是S21，这里都可以把被测无源链路当成是一个线性时不变（LTI）系统。S11， S21都是一个LTI系统的响应，而描述一个LTI系统一般都是用h(t)冲激响应来描述其特性，当冲激响应积分就得到阶跃响应。下图是S11获得TDR的示意过程，S11在频域做积分就是*1/jw。然后再做IFFT，就能得到TDR。

图源：CSDN

参考资料：

1.EE野蛮人，S参数与时域TDR-知乎

2.线缆行业朋友分享圈，TDR和S参数之间-网易首页

3.ltqshs，TDR详解-CSDN

4.电子工程师，时域反射计TDR原理-电子发烧友