TDR,时域反射计,工作思路跟B超、雷达是一路的:往被测物里打一个脉冲,然后听回波。脉冲沿线缆往前走,遇到阻抗变化的地方,比如断点、短路、接头、线径变化,就会有一部分能量反射回来。测出反射波回来的时间,乘上传播速度再除以二,故障点的距离就出来了。
阻抗变化的性质还能从反射波的极性判断:开路和断点反射回来是同相的,短路是反相的,反射系数的大小对应阻抗偏离的程度。根据往返时间和反射系数,还能把走线各段的特性阻抗算出来,这也是它另一个重要用途,测PCB走线阻抗。
做线缆维护的人对它最熟。网线、同轴电缆、电力电缆出了故障,断在墙里、埋在地下,肉眼看不见,TDR一接上去,屏幕上两个尖峰,距离直接读出来,挖开就是断点,省了扯着整根线排查的功夫。精度能到厘米级,前提是线缆的介电常数设对,这个参数影响传播速度,设错了距离就系统性偏差。
在高速电路设计里,TDR是测阻抗的主力。USB、PCIe、千兆网这些接口对走线阻抗有严格要求,差分一百欧、单端五十欧,做出来到底准不准,拿TDR扫一遍,沿着走线的阻抗曲线就画出来了,哪里过孔、哪里变宽导致的阻抗跳变一目了然。
距离分辨率跟脉冲上升沿有关,沿越陡,能分辨的两个故障点越近。但沿太陡带宽太高,对夹具和连接器的要求也高,测试时校准要做足,参考平面和夹具的阻抗也得对上,不然量出来的曲线自带毛刺。
顺便说一句,测光纤用的是类似的思路,叫OTDR,打的是光脉冲,原理相同但器件完全不同,别搞混。TDR仪现在不少中高端示波器配了选件就能做,也有专用的线缆测试仪,买之前想清楚是修线缆为主还是测板子阻抗为主,侧重不一样。
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