基于泰克4、5或6系列MSO示波器的高精度TDR测量方案

顾名思义，TDR (Time Domain Reflectometry) 是一种时域技术，需要使用示波器进行信号测量和分析。采样示波器因其优异的时间分辨率而常被采用。然而，实时示波器在调试和验证中更为常用，因此能够使用这些"日常"的示波器应用TDR技术具有重要价值。

6系列MSO提供的10GHz带宽使其成为TDR的理想选择。为更好地理解测量系统上升时间与TDR分辨率之间的关系，详见‘附录A：带宽对TDR的影响’。

对于激励信号，需要脉冲/阶跃发生器。单端测量使用单源，差分测量使用双源。理想的发生器能产生非常快速的边沿（即小的上升和下降时间）。为避免测量系统伪影，需要使用高质量电缆和功分器。Picotest J2154A TDR源内置分离器，支持单端和差分TDR测量。

示波器上的应用软件可简化校准、设置和测量流程。

本指南使用以下仪器：

配备10GHz带宽和6-TDR时域反射测量分析软件选项的泰克6系列B MSO

集成阶跃发生器的Picotest J2154A PerfectPulse 差分TDR

匹配的50Ω电缆

图10展示了使用DUT、Picotest J2154A TDR单元和泰克6系列MSO实时示波器的典型TDR设置。

图10. 使用实时示波器和PicotestTDR进行差分TDR测量的设置。

使用示波器进行TDR测量时，工程师可选择单端或差分探测技术。单端探测涉及将一个探头连接到信号线，而差分探测需要两个探头来测量差分对上的电压。差分阻抗测量使工程师能够分析信号完整性的各个方面，如共模噪声抑制。此外，差分TDR对于两端口特性分析非常有用，无论是两个单端走线之间的串扰还是差分对之间的耦合。

图11. 采用6系列B MSO示波器配合Picotest J2154A PerfectPulse TDR和Picotest P2105A单端口低噪声TDR探头搭建的单端TDR测试系统。

6系列MSO可配备6-TDR时域反射测量分析软件选项。该软件简化了配置、校准、计算和缩放过程，还能生成测量结果。安装后，TDR测量将作为时间测量组的一部分出现，如图12所示。添加TDR测量后，双击测量标记将显示图13所示的配置界面。该软件支持使用Picotest J2154A作为脉冲发生器进行单端和差分TDR测量。

图12. 在4、5或6系列MSO上安装TDR测量分析软件后，用户可通过"Time Measurements"功能组调用TDR测量功能。

图13. TDR测量可支持单端或差分两种测量模式。

准备进行TDR测量：预设和校准

配置示波器和归一化是进行实际测量前的重要步骤。必须对整个系统（直至探头尖端或电缆末端）进行校准，以消除测量系统影响，从而仅关注DUT中的阻抗变化。传统上，TDR系统使用开路、负载和短路连接进行校准。然而，泰克MSO上的TDR测量分析软件允许通过单步补偿，利用从入射和反射波形收集的信息完成校准。TDR测量分析软件中的TDR预设功能可自动配置示波器设置并归一化rho波形。

图14. 校准时需保持探头或电缆远端处于开路状态。

配置示波器

在进行实际校准之前，必须将示波器通道设置为50 Ω端接，并确保水平刻度和采样率设置能够捕获最佳信号。此外，垂直刻度必须设置为确保以最佳精度采集信号。波形平均有助于提高垂直分辨率，软件将示波器配置为每次测试平均20个TDR波形。所有这些步骤都通过点击TDR预设按钮完成。示波器配置完成后，预设功能将归一化反射系数(ρ)波形。

TDR归一化

TDR归一化是进行TDR测量前的重要步骤。在归一化过程中，任何信号偏移和幅度误差都会被校正。

从电压波形计算ρ波形的公式为：

其中：

v(t) = 入射+反射波形的电压采样值

Vmean= 首次反射前电压波形的平均值。Vmean在图15中Meas1指示的Z0区域测量。

Vamp= 入射阶跃电压波形的幅度。Vamp是图15中Meas2标注描述的波形幅度。

请注意，来自Picotest J2154A脉冲发生器的入射电压波形是一个负脉冲。计算也相应地进行。

图15：基于开路状态下阶跃信号电压波形的均值与幅值测量结果生成的归一化Rho波形。

由于ρ与阻抗(Z)之间固有的非线性关系（如图16所示），即使ρ波形中的微小误差也可能导致最终阻抗波形的显著不准确。因此，必须进行适当的归一化。

图16：如图所示，阻抗Z与反射系数ρ呈非线性关系，这意味着ρ波形的微小误差可能导致Z波形的显著失真。

归一化后，将创建如图15下部波形所示的Rho波形ρ(t)。输入信号将是一个从0V（短路）到-125mV（负载）和-250mV（开路）的负阶跃。在Rho刻度上，这些波形被转换为-1到+1的范围，其中-1ρ代表短路，0ρ代表50Ω负载，+1ρ代表开路。