核心内参: TDR原理及常见问题_tdr仿真-程序员宅基地

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本文简单介绍TDR的基本原理,包含与反射的关系;在ANSYS工具中的仿真方法,包含HFSS、Circuit中仿真TDR,以及SIwave TDR Wizard的使用;最后列举了三个TDR常见的问题及其原因分析。希望本文可以帮助相关初学者快速了解TDR有关的知识。

01 TDR基本原理

TDR(Time Domain Reflectometry):时域反射计是一种利用反射信号来推算待测件(DUT)的阻抗的一种测试方法,可以用来验证PCB、封装、连接器和线缆等设计是否满足阻抗要求,在高速电路设计、PCB加工制造、设计失效分析等方面中有广泛的应用。

首先需要回顾一下传输线的反射。反射是由阻抗不连续导致的一种信号变化的现象,通常用反射系数来表示反射的大小,即反射信号与入射信号的比值,其计算公式如下。

上式中的

是参考阻抗,

是负载阻抗。假如

就是我们需要求解的未知量,由上式变换可得:

这便是TDR根据反射信号来推算待测件阻抗的原理。以图 1所示的简单电路为例,信号源是0~2V的脉冲信号,延时0ns,上升下降沿1ps;源端串阻和末端端接电阻都是50ohm;中间无损传输线75ohm,延时0.5ns���我们可以根据已知的条件来计算反射信号,过程如下:

两端的反射系数

T=0ns时,

T=0.5ns时,

T=1ns时,

T=1.5ns时,

最终V2和V3都会稳定在1V。(如果电路中阻抗不连续点数量很多,则通过手动计算反射变得非常复杂,此时需要借助仿真)

图 1 Circuit中搭建的简单电路

以上是根据已知的阻抗信息以及反射的原理求V2和V3处的信号幅值,可以跟仿真的结果完全一致,如图 2所示的仿真结果:

图 2 Circuit仿真的V2和V3点的幅值

反之,根据V2的信号幅值可以观察传输线的阻抗,编辑公式如下:

如图 3所示,可以看到结果显示的阻抗正是75ohm,但请注意75ohm持续的时间是1ns,是这段传输线延迟的2倍,是因为传输和反射回来刚好需要2倍的时间。

上述的简单案例说明了反射和TDR的关系。根据上述的方法,可以将中间的传输线替换成其他待测件(比如常见的S参数)来观察TDR阻抗。

图 3 Circuit仿真的中间传输线的阻抗

02 在ANSYS的工具中仿真TDR

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核心内参: TDR原理及常见问题

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