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            如何利用泰克4、5或6系列MSO示波器進行高精度TDR測量

            閱讀:176      發(fā)布時間:2025-4-10
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            TDR顧名思義,TDR (Time Domain Reflectometry) 是一種時域技術,需要使用示波器進行信號測量和分析。采樣示波器因其優(yōu)異的時間分辨率而常被采用。然而,實時示波器在調(diào)試和驗證中更為常用,因此能夠使用這些"日常"的示波器應用TDR技術具有重要價值。

            6系列MSO提供的10GHz帶寬使其成為TDR的理想選擇。為更好地理解測量系統(tǒng)上升時間與TDR分辨率之間的關系,詳見‘附錄A:帶寬對TDR的影響’。

            對于激勵信號,需要脈沖/階躍發(fā)生器。單端測量使用單源,差分測量使用雙源。理想的發(fā)生器能產(chǎn)生非??焖俚倪呇兀葱〉纳仙拖陆禃r間)。為避免測量系統(tǒng)偽影,需要使用高質(zhì)量電纜和功分器。Picotest J2154A TDR源內(nèi)置分離器,支持單端和差分TDR測量。

            示波器上的應用軟件可簡化校準、設置和測量流程。

            本指南使用以下儀器:

            配備10GHz帶寬和6-TDR時域反射測量分析軟件選項的泰克6系列B MSO

            集成階躍發(fā)生器的Picotest J2154A PerfectPulse® 差分TDR

            匹配的50Ω電纜

            圖10展示了使用DUT、Picotest J2154A TDR單元和泰克6系列MSO實時示波器的典型TDR設置。

            圖片 

            圖10. 使用實時示波器和PicotestTDR進行差分TDR測量的設置。

            使用示波器進行TDR測量時,工程師可選擇單端或差分探測技術。單端探測涉及將一個探頭連接到信號線,而差分探測需要兩個探頭來測量差分對上的電壓。差分阻抗測量使工程師能夠分析信號完整性的各個方面,如共模噪聲抑制。此外,差分TDR對于兩端口特性分析非常有用,無論是兩個單端走線之間的串擾還是差分對之間的耦合。

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            圖11. 采用6系列B MSO示波器配合Picotest J2154A PerfectPulse™ TDR和Picotest P2105A單端口低噪聲TDR探頭搭建的單端TDR測試系統(tǒng)。

            6系列MSO可配備6-TDR時域反射測量分析軟件選項。該軟件簡化了配置、校準、計算和縮放過程,還能生成測量結果。安裝后,TDR測量將作為時間測量組的一部分出現(xiàn),如圖12所示。添加TDR測量后,雙擊測量標記將顯示圖13所示的配置界面。該軟件支持使用Picotest J2154A作為脈沖發(fā)生器進行單端和差分TDR測量。

            圖片 

            圖12. 在4、5或6系列MSO上安裝TDR測量分析軟件后,用戶可通過"Time Measurements"功能組調(diào)用TDR測量功能。

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            圖13. TDR測量可支持單端或差分兩種測量模式。

            準備進行TDR測量:預設和校準

            配置示波器和歸一化是進行實際測量前的重要步驟。必須對整個系統(tǒng)(直至探頭端或電纜末端)進行校準,以消除測量系統(tǒng)影響,從而僅關注DUT中的阻抗變化。傳統(tǒng)上,TDR系統(tǒng)使用開路、負載和短路連接進行校準。然而,泰克MSO上的TDR測量分析軟件允許通過單步補償,利用從入射和反射波形收集的信息完成校準。TDR測量分析軟件中的TDR預設功能可自動配置示波器設置并歸一化rho波形。

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            圖14. 校準時需保持探頭或電纜遠端處于開路狀態(tài)。

            配置示波器

            在進行實際校準之前,必須將示波器通道設置為50 Ω端接,并確保水平刻度和采樣率設置能夠捕獲最佳信號。此外,垂直刻度必須設置為確保以最佳精度采集信號。波形平均有助于提高垂直分辨率,軟件將示波器配置為每次測試平均20個TDR波形。所有這些步驟都通過點擊TDR預設按鈕完成。示波器配置完成后,預設功能將歸一化反射系數(shù)(ρ)波形。

            TDR歸一化

            TDR歸一化是進行TDR測量前的重要步驟。在歸一化過程中,任何信號偏移和幅度誤差都會被校正。

            從電壓波形計算ρ波形的公式為:

            圖片 

            其中:

            v(t) = 入射+反射波形的電壓采樣值

            Vmean = 反射前電壓波形的平均值。Vmean在圖15中Meas1指示的Z0區(qū)域測量。

            Vamp = 入射階躍電壓波形的幅度。Vamp是圖15中Meas2標注描述的波形幅度。

            請注意,來自Picotest J2154A脈沖發(fā)生器的入射電壓波形是一個負脈沖。計算也相應地進行。

            圖片 

            圖15:基于開路狀態(tài)下階躍信號電壓波形的均值與幅值測量結果生成的歸一化Rho波形。

            由于ρ與阻抗(Z)之間固有的非線性關系(如圖16所示),即使ρ波形中的微小誤差也可能導致最終阻抗波形的顯著不準確。因此,必須進行適當?shù)臍w一化。

            圖片 

            圖16:如圖所示,阻抗Z與反射系數(shù)ρ呈非線性關系,這意味著ρ波形的微小誤差可能導致Z波形的顯著失真。

            歸一化后,將創(chuàng)建如圖15下部波形所示的Rho波形ρ(t)。輸入信號將是一個從0V(短路)到-125mV(負載)和-250mV(開路)的負階躍。在Rho刻度上,這些波形被轉換為-1到+1的范圍,其中-1ρ代表短路,0ρ代表50Ω負載,+1ρ代表開路。

             


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