寬帶阻抗受 控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)給中心電子構(gòu)建部件——印刷電路板(PCB)的設(shè)計(jì)師、制造商和質(zhì)量保證管理人員提出了艱巨的挑戰(zhàn)。這個(gè)挑戰(zhàn)不是源于缺乏電磁設(shè)計(jì)知識(shí)，而且 源于PCB行業(yè)中巨大的價(jià)格壓力：也就是說，在開發(fā)人員看來完全適合GHz范圍時(shí)鐘速率的理想射頻(RF)基材幾乎沒有使用過。
與此相反，在整個(gè)基材中介電常數(shù)(DC)不均勻的低成本FR4材料倒是經(jīng)常使用。另外，將核心材料和半固化片壓合成多層PCB經(jīng)常導(dǎo)致幾何上的不勻稱，進(jìn)一步增加了不確定性的來源。然而，為了滿足規(guī)定的容差，許多PCB制造商提供對(duì)線路阻抗的檢查服務(wù)，繼而要求額外的阻抗測(cè)試板。這些測(cè)試板通常位于PCB邊緣，因此只能部分代表分布在整個(gè)生產(chǎn)面板上的實(shí)際感興趣傳輸線的特性。在最壞的情況下，被測(cè)的測(cè)試板可能在規(guī)定范圍內(nèi)，但實(shí)際感興趣的傳輸線卻不滿足要求。
阻抗波動(dòng)經(jīng)常是不可容忍的
除了材料和生產(chǎn)工藝的特殊變化外，設(shè)計(jì)參數(shù)變化(比如層的改變，到GND平面、PCB邊界或其它傳輸線的距離太短)也時(shí)有發(fā)生，最終導(dǎo)致不可容忍的傳輸線阻抗波動(dòng)。阻抗波動(dòng)的后果是時(shí)鐘沿劣化，出現(xiàn)碼間干擾，進(jìn)而造成不可接受的誤碼率，最終導(dǎo)致性能劣化甚至系統(tǒng)故障。
通過時(shí)域反射法(TDR)能以很高的精度確定線路阻抗。TDR技術(shù)從20世紀(jì)70年代就開始使用了，主要用于檢測(cè)地下或海底電纜中發(fā)生的故障。圖1顯示了基于TDR技術(shù)的阻抗測(cè)量裝置的框圖。TDR本身只包含一個(gè)電壓階躍發(fā)生器和帶數(shù)據(jù)采集單元的寬帶采樣器。
圖1：一個(gè)基于TDR技術(shù)的阻抗測(cè)量系統(tǒng)框圖。
基本的測(cè)量原理是這樣的：電壓發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)階躍信號(hào)，通過適配器、電纜和探針傳到待測(cè)設(shè)備(DUT)。當(dāng)在待測(cè)設(shè)備的整個(gè)長(zhǎng)度上時(shí)發(fā)生相互作用時(shí)，信號(hào)將 經(jīng)歷部分反射，并傳回檢測(cè)器，從而實(shí)現(xiàn)待測(cè)設(shè)備波形阻抗的空間測(cè)量。許多人從雷達(dá)應(yīng)用中了解這種基本原理，因此也常把TDR稱為電纜雷達(dá)。
階躍信號(hào)的上升時(shí)間tr確定了空間分辨率，因此應(yīng)該盡可能短(對(duì)于Sequid DTDR-65來說，tr≈ 65ps，因此空間分辨率大約為5mm)。發(fā)生器和采樣器(其模擬輸入帶寬至少是10GHz)之間的同步對(duì)于低噪聲工作(即抖動(dòng)值只有幾個(gè)ps)來說至關(guān) 重要。最理想的是使用“真正直通的”采樣器，不需要外部的信號(hào)分離器或耦合器。這種好處是顯而易見的，因?yàn)閷拵盘?hào)分離器通常是阻性的，會(huì)增加插損和噪 聲。最后，TDR儀器還要有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄單元，這個(gè)單元通常是用微處理器或FPGA實(shí)現(xiàn)。
高頻TDR設(shè)備正常情況下并不使用實(shí)時(shí)采樣技術(shù)，而是使用順序或隨機(jī)的采樣技術(shù)。與頻閃儀相似，這些設(shè)備憑借合理的技術(shù)可以記錄快速變化的周期性信號(hào)。數(shù)據(jù)處理和可視化任務(wù)一般在PC上執(zhí)行，可完全集成在高端儀器中，或通過USB或以太網(wǎng)連接。
測(cè)量物體到TDR的適配是一個(gè)要求很嚴(yán)的任務(wù)。舉例來說，差分阻抗測(cè)量必須使用高精度的相位匹配電纜和探針。如果不能滿足這個(gè)要求，偶數(shù)模式和奇數(shù)模式轉(zhuǎn)換將降低測(cè)量精度。另外，探針的頭應(yīng)該設(shè)計(jì)得與待測(cè)設(shè)備阻抗相匹配，才能實(shí)現(xiàn)可能最高精度的測(cè)量。
市場(chǎng)上的不同系統(tǒng)
在越來越快的數(shù)字世界中，線路阻抗的測(cè)量業(yè)已表明是目前最重要的TDR應(yīng)用。圖2顯示了對(duì)無干擾(綠色曲線)和有干擾(紅色曲線)傳輸線的這種空間分辨式測(cè)量例子。
圖3：正確安裝SMA連接器(1，綠)和錯(cuò)誤安裝SMA連接器(2，紅)時(shí)RG 405同軸電纜的反射圖。
