頻域S參數(shù)與時(shí)域TDR

頻域S參數(shù)表現(xiàn)的是無(wú)源結(jié)構(gòu)的特性，這個(gè)無(wú)源結(jié)構(gòu)可以是連接器，可以是過(guò)孔，還可以是傳輸線，S11反映的就是無(wú)源結(jié)構(gòu)的反射情況，說(shuō)到反射，究其原因就是阻抗匹配的問(wèn)題。說(shuō)到阻抗匹配，TDR（Time Domain Reflection）也可以確認(rèn)無(wú)源鏈路的反射情況。實(shí)際工作中，也是通過(guò)查看頻域S參數(shù)和時(shí)域TDR相互結(jié)果，來(lái)確認(rèn)無(wú)源鏈路的相關(guān)特征。

頻域S參數(shù)與時(shí)域TDR是等效的，都能反應(yīng)無(wú)源結(jié)構(gòu)的相關(guān)特征，只不過(guò)從不同角度看待問(wèn)題。下圖為頻域S參數(shù)和時(shí)域TDR等效矩陣：

TDR（Time Domain Reflection）

TDT（Time Domain Transmission）

TDR本質(zhì)

關(guān)于無(wú)源結(jié)構(gòu)的阻抗測(cè)試，可以通過(guò)VNA先測(cè)得S參數(shù)，然后通過(guò)S參數(shù)的傅里葉反變換得到，也可以直接由TDR時(shí)域去測(cè)得。

TDR設(shè)備簡(jiǎn)單的模型如下圖，是由一個(gè)階躍信號(hào)的激勵(lì)，通過(guò)線纜連接并注入到測(cè)試設(shè)備DUT上去。這里的源阻抗50ohm，cable的特性阻抗一般為50ohm。然后TDR內(nèi)部采集A點(diǎn)的電壓，最后得到測(cè)試設(shè)備DUT的TDR曲線。

根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)和仿真得出的阻抗曲線是一致的。

這里面需要注意的是，其實(shí)，TDR測(cè)的是信號(hào)進(jìn)入無(wú)源結(jié)構(gòu)的反射情況，然后內(nèi)部換算，得到阻抗。TDR的阻抗波形和信號(hào)反射波是一樣的，如下圖所示：

多次反射的情況

產(chǎn)品的實(shí)際鏈路會(huì)存在多種阻抗突變，簡(jiǎn)單對(duì)比存在一次阻抗突變和兩次阻抗突變的情況，來(lái)了解多次反射對(duì)阻抗的影響。

無(wú)源鏈路中存在多次反射和只反射一次相同測(cè)試點(diǎn)的阻抗會(huì)存在不同，這是因?yàn)槎啻畏瓷涞牟ㄐ?，?huì)在鏈路里來(lái)回振蕩，再次會(huì)疊加在之前的波形上，造成這兩者之間結(jié)果的偏差。

這種偏差是存在條件的，取決于兩個(gè)阻抗突變的距離以及信號(hào)的上升時(shí)間。

上升時(shí)間對(duì)TDR的影響

搭建相關(guān)電路，仿真不同上升時(shí)間對(duì)阻抗的影響，相關(guān)的結(jié)果如下圖：

Tr時(shí)間和信號(hào)來(lái)回時(shí)延的時(shí)間相同，這是仿真得出的阻抗值和實(shí)際相符；Tr時(shí)間大于信號(hào)來(lái)回時(shí)延的時(shí)間，這時(shí)候仿真得出的阻抗和實(shí)際阻抗是不相符的，準(zhǔn)確地說(shuō)是小于實(shí)際阻抗值。以本例來(lái)說(shuō)，信號(hào)遇到60 ohm先產(chǎn)生一個(gè)正反射波，500 psec又接收到一個(gè)負(fù)反射波，這時(shí)候信號(hào)還沒達(dá)到實(shí)際阻抗值，還在上升過(guò)程中就到負(fù)反射波，將其阻抗拉到實(shí)際值以下。

以上的仿真說(shuō)明：Tr的設(shè)置對(duì)阻抗仿真結(jié)果是有影響的。在實(shí)際工作中，我們?cè)谟梅抡婀ぞ邔?duì)信號(hào)TDR進(jìn)行仿真時(shí)，就需要關(guān)注Tr的設(shè)置，這個(gè)設(shè)置值有的IP廠商的會(huì)在相關(guān)文檔里進(jìn)行說(shuō)明，如果沒有，就需要我們?cè)谠O(shè)置要注意這一點(diǎn)。

S參數(shù)和TDT的不同

S31/S41近端和遠(yuǎn)端串?dāng)_可以看出整個(gè)無(wú)源結(jié)構(gòu)頻域串?dāng)_的大小情況。

T31/T41可以更直觀看到串?dāng)_的時(shí)間，往返時(shí)間1ns，這樣就可以預(yù)估串?dāng)_在實(shí)際設(shè)計(jì)中的大概區(qū)域。