什么是TDR
時間：2021-09-06 15:20:10
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[導(dǎo)讀]本文來源于硬件十萬個為什么1、TDR時域反射技術(shù)原理TDR(TimeDomainReflectometry)時域反射技術(shù)的原理是，信號在某一傳輸路徑傳輸，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，一部分信號會被反射，另一部分信號會繼續(xù)沿傳輸路徑傳輸。TDR是通過測量反射波的電壓幅度，從而計算出...
本文來源于硬件十萬個為什么1、TDR時域反射技術(shù)原理TDR (Time Domain Reflectometry)時域反射技術(shù)的原理是，信號在某一傳輸路徑傳輸，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，一部分信號會被反射，另一部分信號會繼續(xù)沿傳輸路徑傳輸。TDR是通過測量反射波的電壓幅度，從而計算出阻抗的變化；同時，只要測量出反射點到信號輸出點的時間值，就可以計算出傳輸路徑中阻抗變化點的位置。
TDR(Time Domain Reflectometry)即時域反射技術(shù)，是一種對反射波進行分析的測量技術(shù)，主要用于測量傳輸線的特性阻抗，其主要設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)分析儀。TDR的測試原理是通過向傳輸路徑中發(fā)送一個脈沖或階躍信號，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，部分能量會被反射，其余能量繼續(xù)傳輸。當知道發(fā)射波的幅度并測量反射波的幅度時，則可以計算出路徑中阻抗的變化。且通過測量發(fā)射到反射波回到發(fā)射點的時間差，還可以計算阻抗變化的相位。根據(jù)反射原理，可以獲得待測位置的阻抗Z=Zref(1 ρ)/(1-ρ)，ρ為發(fā)射系數(shù)，ρ=Vreflected/Vincident，Vreflected及Vincident?分別為反射波幅度及入射波幅度，Zref為TDR的輸出阻抗，通常為50ohm標準電阻。從式中可以看出，當ρ=1時，待測位置阻抗為∞，則該位置開路，當ρ=-1時，待測位置阻抗為0，則說明其短路。（本文僅對開短路原理進行講解，其余阻抗相關(guān)原理略）????利用上述原理，可以對需要破壞才能確認的失效點進行初步的位置判斷。例如芯片內(nèi)部失效或者芯片焊點失效這種情況（取下芯片則破壞焊點，切片焊點則破壞芯片）以及超大樣品某一具體位置失效這類問題。前者在具體分析時因不易判斷具體失效點（焊點或芯片）而使得分析的難度加大，而后者主要難度則是花費很大時間及精力在尋找具體的失效點的位置上。以下介紹兩個案例來幫助讀者理解TDR在失效分析中快速定位作用。
如果把傳輸線比作交通運輸線，糟糕的路況（類似傳輸線里的特性阻抗）會影響運輸車隊的速度，路越窄，路的阻礙作用越大（特性阻抗大，通過的信號能量就?。宦吩綄?、路況越好，通過的車隊速度越快（通過的信號能量越多）。導(dǎo)線只是傳輸能量的，導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量。當射頻信號到達導(dǎo)線末端，能量沒有辦法釋放，就會沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊，聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音。假如我們在線的末端接上一個電阻，便可消耗（或者接收）線上傳輸過來的射頻能量。
我們發(fā)現(xiàn)有三種特殊情況：■ 當R=R0時，傳輸過來的能量剛好被末端的電阻R吸收完，沒有能量反射回去?？煽闯蓪?dǎo)線無線長。■ 當R=∞時（開路），能量全部反射回去，而且在線的末端點會產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。■ 當R=0時（短路），末端點會產(chǎn)生一個-1倍于源電壓反射回去。? TDR可以用來測試傳輸線上的開路、短路以及相鄰傳輸線間的串擾。在光傳輸系統(tǒng)的維護中，可以用光時域反射計來檢測光纖的斷裂等故障，也是基于這一原理。
? ? 下圖中是一個終端開路TDR圖樣，其中橫坐標是時間，縱坐標是幅度，也可以是反射系數(shù)ρ.?
下圖其中ρ是反射系數(shù)，Z0是參考阻抗(一般為50 50ohm ohm ohm，由測試系統(tǒng)決定)，Z是待測阻抗。由此儀器可以計算顯示出傳輸線各個點的阻抗，從而可以在儀器的屏幕上顯示一條TDR 曲線，曲線的每一點對應(yīng)傳輸線上的每一點的反射系數(shù)或特征阻抗。? ?當傳輸線上存在寄生電容、電感(如過孔)時，在TDR 曲線上可以反映出寄生參數(shù)引起的阻抗不連續(xù)，而且這些阻抗不連續(xù)曲線可以等效為電容、電感或其組合的模型，因而TDR 也可以用來進行互連建模。2、案例????案例1：區(qū)分失效為芯片內(nèi)部問題還是焊點問題。接收態(tài)樣品包括光板、良品板、失效板。通過對光板、良品板、失效板失效的鏈路分別進行TDR測試，并與空載曲線進行對比，從圖中可以看出，失效樣品的曲線并未像正常樣品一樣信號進入到芯片內(nèi)部，而是與光板的曲線一樣，到了焊盤附近就出現(xiàn)開路的現(xiàn)象。因此可以判斷開路的失效點是在焊盤的附近，即可能是焊點或焊盤走線的問題，而不是芯片內(nèi)部的問題，進一步對焊點進行切片，通過切片可以觀察到該鏈路焊點底部存在開裂異常。
????案例2：定位超大失效樣品內(nèi)具體的失效位置。送檢樣品尺寸500mm*300mm，失效鏈路總長度約400mm，通過TDR從失效鏈路的兩端分別進行測試，獲得開路時間分別為1.79ns及2.94ns，換算可以獲得開路點距離兩端分別是151mm及249mm位置上，結(jié)合PCB布線圖對所定位的位置進行X-Ray局部放大觀察，可以發(fā)現(xiàn)該位置存在走線斷裂的情況，而沒有TDR定位的情況下，僅采用X-Ray放大觀察整段線路將會耗費很長時間。而且如果不注意X-Ray襯度調(diào)節(jié)的情況下，很難明顯的觀察到微裂紋的存在。
本文整理自《淺談TDR在失效定位中的應(yīng)用》廣州賽寶-林治?信號完整性?公眾號
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TDR(Time Domain Reflectometry)即時域反射技術(shù)，是一種對反射波進行分析的測量技術(shù)，主要用于測量傳輸線的特性阻抗，其主要設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)分析儀。TDR的測試原理是通過向傳輸路徑中發(fā)送一個脈沖或階躍信號，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，部分能量會被反射，其余能量繼續(xù)傳輸。當知道發(fā)射波的幅度并測量反射波的幅度時，則可以計算出路徑中阻抗的變化。且通過測量發(fā)射到反射波回到發(fā)射點的時間差，還可以計算阻抗變化的相位。根據(jù)反射原理，可以獲得待測位置的阻抗Z=Zref(1 ρ)/(1-ρ)，ρ為發(fā)射系數(shù)，ρ=Vreflected/Vincident，Vreflected及Vincident?分別為反射波幅度及入射波幅度，Zref為TDR的輸出阻抗，通常為50ohm標準電阻。從式中可以看出，當ρ=1時，待測位置阻抗為∞，則該位置開路，當ρ=-1時，待測位置阻抗為0，則說明其短路。（本文僅對開短路原理進行講解，其余阻抗相關(guān)原理略）????利用上述原理，可以對需要破壞才能確認的失效點進行初步的位置判斷。例如芯片內(nèi)部失效或者芯片焊點失效這種情況（取下芯片則破壞焊點，切片焊點則破壞芯片）以及超大樣品某一具體位置失效這類問題。前者在具體分析時因不易判斷具體失效點（焊點或芯片）而使得分析的難度加大，而后者主要難度則是花費很大時間及精力在尋找具體的失效點的位置上。以下介紹兩個案例來幫助讀者理解TDR在失效分析中快速定位作用。
如果把傳輸線比作交通運輸線，糟糕的路況（類似傳輸線里的特性阻抗）會影響運輸車隊的速度，路越窄，路的阻礙作用越大（特性阻抗大，通過的信號能量就?。宦吩綄?、路況越好，通過的車隊速度越快（通過的信號能量越多）。導(dǎo)線只是傳輸能量的，導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量。當射頻信號到達導(dǎo)線末端，能量沒有辦法釋放，就會沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊，聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音。假如我們在線的末端接上一個電阻，便可消耗（或者接收）線上傳輸過來的射頻能量。
我們發(fā)現(xiàn)有三種特殊情況：■ 當R=R0時，傳輸過來的能量剛好被末端的電阻R吸收完，沒有能量反射回去?？煽闯蓪?dǎo)線無線長。■ 當R=∞時（開路），能量全部反射回去，而且在線的末端點會產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。■ 當R=0時（短路），末端點會產(chǎn)生一個-1倍于源電壓反射回去。? TDR可以用來測試傳輸線上的開路、短路以及相鄰傳輸線間的串擾。在光傳輸系統(tǒng)的維護中，可以用光時域反射計來檢測光纖的斷裂等故障，也是基于這一原理。
? ? 下圖中是一個終端開路TDR圖樣，其中橫坐標是時間，縱坐標是幅度，也可以是反射系數(shù)ρ.?
下圖其中ρ是反射系數(shù)，Z0是參考阻抗(一般為50 50ohm ohm ohm，由測試系統(tǒng)決定)，Z是待測阻抗。由此儀器可以計算顯示出傳輸線各個點的阻抗，從而可以在儀器的屏幕上顯示一條TDR 曲線，曲線的每一點對應(yīng)傳輸線上的每一點的反射系數(shù)或特征阻抗。? ?當傳輸線上存在寄生電容、電感(如過孔)時，在TDR 曲線上可以反映出寄生參數(shù)引起的阻抗不連續(xù)，而且這些阻抗不連續(xù)曲線可以等效為電容、電感或其組合的模型，因而TDR 也可以用來進行互連建模。2、案例????案例1：區(qū)分失效為芯片內(nèi)部問題還是焊點問題。接收態(tài)樣品包括光板、良品板、失效板。通過對光板、良品板、失效板失效的鏈路分別進行TDR測試，并與空載曲線進行對比，從圖中可以看出，失效樣品的曲線并未像正常樣品一樣信號進入到芯片內(nèi)部，而是與光板的曲線一樣，到了焊盤附近就出現(xiàn)開路的現(xiàn)象。因此可以判斷開路的失效點是在焊盤的附近，即可能是焊點或焊盤走線的問題，而不是芯片內(nèi)部的問題，進一步對焊點進行切片，通過切片可以觀察到該鏈路焊點底部存在開裂異常。
????案例2：定位超大失效樣品內(nèi)具體的失效位置。送檢樣品尺寸500mm*300mm，失效鏈路總長度約400mm，通過TDR從失效鏈路的兩端分別進行測試，獲得開路時間分別為1.79ns及2.94ns，換算可以獲得開路點距離兩端分別是151mm及249mm位置上，結(jié)合PCB布線圖對所定位的位置進行X-Ray局部放大觀察，可以發(fā)現(xiàn)該位置存在走線斷裂的情況，而沒有TDR定位的情況下，僅采用X-Ray放大觀察整段線路將會耗費很長時間。而且如果不注意X-Ray襯度調(diào)節(jié)的情況下，很難明顯的觀察到微裂紋的存在。
本文整理自《淺談TDR在失效定位中的應(yīng)用》廣州賽寶-林治?信號完整性?公眾號
《總算有人講明白了什么是TDR時域反射計》德國GMC高美測儀
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