时域反射计.doc

时域反射计（TDR）版权所有1999-2009托米恩格道尔摘要电路功能简要说明操作：脉冲的时域reflecometry源电路保护：输出短路证明是电路的复杂性：简单的集成电路的建设，可以建在一小片的veroboard电路的性能：从5米，工程相当多的电缆500米（不再电缆测试，应该最多公里的工作，按照原来的文章）可用性部分组成：大部份的部件设计测试：在电子设计1998年10月1日刊登的基于电路的想法。我建立一个自己的修改的版本，我在本文件显示。该电路已经过测试的各种电缆。应用：有线电视电缆故障定位和输电线路imepdance测量。额外运营所需设备：示波器规定作出的测量需要。电源：4.5V的电池输出脉冲幅度：4.5 untermiated线峰峰值，约2.2Vpp的终止线输出脉冲长度：从10纳秒可调至5我们输出阻抗：50欧姆到100欧姆可调分辨率：优于5纳秒（约1米长的电缆）估计部分的成本：约20美元，其中包括交换机，案例，旋钮安全的考虑：这条赛道本身工作在低电压和电流，所以并不危险。在现实生活中作出TDR测量的情况，可以对一些有潜在危险的情况下（例如，如果你意外地连接设备带电电线或获得雷电浪涌诱导卡尔贝被测量）。电路图部件清单：R1 15 kohmR2 150 ohmsR3-R7 220 ohmsR8 22 ohmsR9 47 ohmsC1 47 pFC2 220 pFC3 1 nFC4 4.7 nFC5 22 nFD1 1N4148IC1 74AC14注意：不要试图以任何其他类型的IC，因为电路并不好，如果其他7414集成电路类型不是74AC14使用（74HC14或许多其他74xx14变 种不工作好）IC1的。如果你找不到74AC14然后74HCT14可以值得一试，该电路的工作原理，但与它的性能有限（阻抗匹配不准确，时间不准确，输出脉冲的形状优化的较少）。性能限制看到最短脉冲长度最大。元件引脚下面你可以看到，如果74AC14引脚集成电路。这是主要的芯片，如果电路。它不应事项的港口你电路的不同部分使用。我的建议是使用中的电路图（振荡器）最左边的门函数连接到引脚1端口和2。使用为burering阶段的大门，就其他国家的权利（5门）平行。供电电路这是最好的供电电路与4.5V的电池或串联三节1.5V AA电池。从电池的+去IC1的引脚14。在IC1的引脚7连接到电路的地是连接到circut地面。请记住把100 nF的（陶瓷或聚丙烯）IC1的引脚之间的7至14，以保证电路的稳定工作电压电容器。电路的使用贸发报告中使用的布线系统生命的所有阶段，从建筑到维护和故障查找。从历史上看，贸发报告已预留只有一些大公司和高层次的工程师。这是由于运作的复杂性和成本高的文书。如果电缆金属，它至少有两个导体，它可以由贸发测试。贸发报告将解决和衡量双绞线和同轴电缆所有类型。贸发报告可以找到或大或小的问题，包括电缆，护套故障，损坏导线，水害，松散连接器，卷发，割伤，打破电缆，导线短路，系统组件，以及其他突发情况。 TDR可以用于定位的问题的类型及在沿卡尔贝故障的地方。贸发报告工程对雷达同样的原则。当该脉冲到达电缆，或沿着电缆，部分或全部断裂脉冲能量最终被反射回的文书。任何电缆的阻抗变化将导致部分能源，以反映对背部和贸发报告将显示。多少阻抗变化决定了反射振幅。贸发报告的措施所花费的时间用于旅行了信号电缆，看到了问题，也反映了回来。贸发报告则显示为波形显示信息的反射信号。这本文中的电路是由能与正常示波器使用。该电路的生成用作信号源和示波器作为波形监视器使用。连接图：可能电阻分配器配置：普通插头的T件作品相当不错，如果直接插入到一个示波器（典型的低成本示波器）高阻抗输入。该电路工作的电缆到示波器应该简短（20-30厘米）。 以示波器 | | 电缆测试下-+- 信号发生器如果您使用的50欧姆高频示波器终止输入，你可以利用电阻分路器下面的电路（这说明了中央信号线，屏蔽的连接器连接，直接连接）。此电缆可长（即使公尺长，50欧姆电缆使用）。 以示波器 | | | | | 1千欧 |_| | 电缆测试下 -+- 信号发生器第三种可能性是传统resitive功率分配器的电路设计（这是专为50欧姆阻抗的电缆和示波器输入）。此电缆可长（即使公尺长，50欧姆电缆使用）。 以示波器 | | | | | 17欧姆 |_| _ | _ 电缆测试下 -|_|-+-|_|-信号发生器17欧姆 17欧姆电路版内置示波器分配器当使用电路描述eariler我富尔德指出，使用外部拆分赛道没有convient。我想拥有一个有everythign在一个包需要，包括一些触发示波器触发输出格式的版本。该电路版本，我建有两个信号输出，电缆之一，测试和另一个示波器。此电路热风整平也将触发示波器触发输入输出。产出的使用：脉冲输出到被测设备去的电缆被测试。该范围的输出直接交予hign impednace示波器信号输入使用短同轴电缆（我用15厘米长的50欧姆同轴电缆本）。不要使用长的电缆在这里，因为所有的电缆可以在这里补充增加了一些阻抗不匹配到系统（当您的电缆lessn超过20厘米的错误shiudl不大，比较电路的其他财产）去的触发输出到您的示波器外部触发输入。使用此线答设置你的示波器外部触发模式，你总是可靠和准确的范围触发无论mych噪音或信号attteuation您在网上看到被测量。你可以看到我建立了我的电路的verboard（我没有了interrest todesign一个特殊的电路板这一块）。在电路板的组成部分是有线直接从一个位置到另一个尽可能使用短可能的线索。电容的时间都是在焊接的范围选择切换回来。该连接线的长度是相当多尽可能短，并与地面信号来电线包裹起来的接地线。此设计没有好看，但它运作良好。这贸发电路利用非常高速的信号（50 MHz的基本频率和谐波远超过100兆赫），所以你必须注意如何放置组件所以在敏感地点的线路的电线也不太长。 Veroboard并非设计用于高频电路，但细心的电路板可以使用Veroboard即使在高频电路成功。贴士进行测量贸发报告有很多可选择的脉冲宽度设置。较大的脉冲宽度，更多的能量传输，因此进一步下跌的信号将前往电缆。脉冲产生的贸易和发展报告需要一定的时间量劳克，并在此的脉搏已经开始通过有线电视一段距离行驶时间。这个距离称为盲点。失明人士的光斑尺寸随脉冲宽度。较大的脉冲宽度，较大的盲点。这是很难找到盲点内载有故障。短脉冲播迁来测试短电缆故障定位，并在附近。如果故障是非常小的或电缆很长，机管局信号强度非常短脉冲可能不足以降低旅行电缆，“看到”的故障，和旅行回来。在这种情况下你需要使用较长的脉冲。有时，较大的脉冲宽度是有益的甚至是错误的定位比较接近。如果故障（阻抗不匹配）非常小，小脉冲信号强度可能不足以降低旅行电缆。看到的。故障，旅游回来。与一小部分故障反映相结合的电缆衰减可以使它难以察觉。一个更大的脉冲宽度向下传递更多能源的电缆，方便了贸易和发展报告发现一个小错误。该电路包括从10纳秒设置5微秒。为10纳秒脉冲的盲点约4米。 1 microseconed脉冲的盲点约100-130米，根据电缆的速度。当你看到屏幕上的示波器先来看看你的脉搏，传播后的某个时候你会看到反射脉冲。第二个脉冲有不同的故障情况如下特点：具有相同的极性反射显示一个开放（高阻抗）的倾向断层与极性相反的反映表明短，或低阻抗倾向错误。电 缆上的信号速度是在有线电视台的一般在160-240米左右，是一个微秒（定）的电缆类型。由于信号您在示波器屏幕上看到了已经在向断层和背部的方式了， 一个在示波器屏幕微秒时间是80-120米，在典型的电缆（通常在100-110，每eters微秒正常的双绞线电缆） 。贸发报告是非常精密的仪器。 Baslicly的准确性取决于你如何能准确地“读”的示波器屏幕上的脉冲（锄头，他们也可以“读”，以及如何准确示波器时机）。其精确度不准确的您如何在您的pusle信号源使用的组件而定。但是，在有线电视变量本身会导致错误的距离测量。当locting距离，你肖尔总是知道正确的繁殖速度电缆（戚德良）正在测试。之间作出的文书和质量测试的电缆连接。在质量方面的重要性，怎么强调也不过分。最好是适应的电缆直接连接到仪器的前面板。使用适配器，连接器和跳线电缆与作为被测电缆相同的阻抗。阿差连接可能会导致一个扭曲的波形，可以掩盖错误。请记住，也是正确的选择阻抗的信号源（一个赌注匹配使用的电缆）的设置。它可以使用1贸发找到电缆衰减近似值。比较已发送脉冲的振幅和反映的脉搏。由于贸发报告既有信号源，并在同一目标位于接收机，信号会衰减的两倍，因为信号走过来，沿着这条电缆回来。因此，如果您只需除以2 dBRL价值，你将有电缆的衰减值，在近似频率和电缆长度。记住，每个脉冲宽度有特定的基本频率和电缆衰减的频率敏感。注意电缆长度，脉冲宽度设置，以及连接的回波损耗。确保在根据测试电缆尽头是没有连接到终止或任何其他设备件。结构回波损耗可以被看作一个由贸发报告在寻找波形底线。甲非常平坦的基准表明，没有损坏或结构回波损耗高品质的电缆。是崎岖不平的基准都将意味着低质量的电缆，破坏，和/或结构回波损耗。注意：有时候DC或低频失真脉冲时发生基于高电容电缆传输，如电话双绞线。实验与已知的电缆长度和条件贸发报告。学会识别波形的签署及每个键的功能。成为熟悉的文书之前，实际现场应用。阿的波形可能会遇到各种测试过程中。这个品种是由于不同的应用，电气，和环境特征差异发现电缆今天存在。阿贸易和发展报告工作和经验，使用该仪器完全理解是非常重要的贸易和发展报告成功使用。实践上测试已知的多种类型的电缆段，和无组件。熟悉如何期待每个段之前，任何问题。资料性质不同的脉冲lengt基频脉冲长度约盲点范围（双绞线）10 ns 50 MHz 4 m 500 m50 ns 10 MHz 8 m 200 ns 2.5 MHz 30 m 1.5 km1 us 500 kHz 100 m 5 km5 us 100 kHz 600 m 大多数在这塔贝信息基于在/counter.php?url=/assets/downloads/Appguide.pdf了技术数据。实例的TDR测试波形下 面的测试是100米长的超五类双绞线。此电缆有100欧姆阻抗。其中一个线对用于测试（线对连接到的RJ - 45连接器针脚4和5）。信号源的信号源贸易和发展报告在/circuits/tdr.html描述。 波形测量osziFOX手持示波器。这些信号显示，0.5我们/ div和2.5V/div规模。该信号是在20海事样品/ s的采样率。在左边示波器的图片看到由贸发脉冲信号源发送。从电缆的另一端的反映，它在后看到的位置标有yeallow标记。Unterminted电缆传输线理论如果你有学到了一些传输线理论讲座在电磁领域的类，那么您了解传输线的波动方程和数学的困难很多理论。通常是在尝试与这些方程太大的意义。随着一个基本物理学的理解，你可以经常去比你在分析了很多输电线路可以通过操纵进一步复杂方程几十人。传输线是一种用于电子信号传输导体使用一套。在大多数讨论中传输线理论是假设线是统一的。一个统一的传输线是其几何形状和材料是统一的。也就是说，导体的形状，大小和间距不变，和导体的电气特性以及它们之间的物质是统一的。均匀传输线的一些例子是同轴电缆，双绞线线对，和平行线对。传输线，有效地充当传输介质一路上，引导信号。信号穿过这一范围内的光线中的中等速度。关于聚乙烯绝缘速度的RG - 59同轴电缆为66，全部以光的速度，例如。例如正常的5类电缆的传播速度为66，以光的速度，和大多数同轴电缆此值介于66和86。你有一传输线两种模式：1电路组成的无穷小电感和电容参数L和C和一个带参数的信号速度和波导特性阻抗信号。虽然这些模型是可以互换的，波导的模式通常是更有益的传输线分析。每当遇到电磁波阻抗变化（阻抗边界），信号传输部分和信号部分被反射了。阻抗之间的差异决定了反映和传播波振幅。反射系数，电压波动，是P = VREFLECTED / VINCIDENT =（z2的- Z1上）/（z2的+ Z1）是而透射系数 = VTRANSMITTED / VINCIDENT = 1 + p反射量与频率无关，并在所有频率发生。你可能听说或读到传输线效应成为在更高的频率明显，但很少有没有人解释原因。在传输线效应（过冲和振荡）变得明显时，上升时间，tRISE，是比较短的传输线延迟，吨当信号的上升时间就变得长于传输线延时（吨），获得的思考“失去”的过渡区。的反射效果就成为微不足道。沿的信号传输线旅游的电压和电流波相关的线的特性阻抗。信号反射发生在阻抗边界。由于旅行后的今天，一个信号延迟与之相关联。传输线的影响：阿电路反射，除非传输线，源和负载阻抗都是平等的。eflected波到达的时间错开负荷如果我们发出一个脉冲（任何步骤函数）到线，这一波旅行降低电缆和队伍到达的电缆长度和电缆中的信号速度确定的时间负载。让我们把这种时间吨如果电缆的特性阻抗是从不同的负载阻抗，在入射波的一些传递给负载的，有些是由负载反映。反射波带回来的，通过电缆和到达的时刻2吨源头回来。如果源阻抗不匹配电缆的特性阻抗，另一个发生反射，使源负载吸收波的一些，反映。随后波到达这种方式无休止的负载，降低幅度在每次往返。一个简单的步骤，从源头上信号最终产生了一步波的振荡在一连串的负载（也见于源端以及）。用于传送高频电信号为一项普遍的形式分析了输电线路电缆。电容的数量/米，电感/米，主要靠的大小和形状的导体。特性阻抗电感取决于每米后每米的电容值比和。要了解它的意义，考虑电缆很长远来看，也延伸到离实现从信号源无穷。结果，当信号功率消失，永不再次看到的是，像电缆由电缆本身设置有效的抵抗阻性负载的行为。此值称为特性阻抗，电缆的。回波损耗（RL）是由阻抗造成的反射的能量测量错配的布线系统。回波损耗是任何传输线的一个重要特点，因为它可能是一个重要的噪声成分，阻碍了接收器的能力，当数据从信号中提取的责任。它直接影响到“抖动。“回波损耗是一个数字显示电缆的性能以及它的意义如何匹配阻抗。普尔电缆的回波损耗可以显示电缆制造缺陷和安装缺陷（在安装电缆损坏），有一个好的质量状况良好同轴电缆。您通常得到优于-30分贝的回波损耗，你一般应该没有多少不如-20分贝。时域反射理论开路，短路或不太严重的阻抗不连续性，显示有一个奇怪的地方就在电缆方式有-地方，你可能永远不会怀疑。这些都发生在同轴传输线或双绞线线。这样的开路，短路或其他阻抗不连续性被称为故障。断层的位置，不能用简单的电阻表确定。即使存在某些缺陷，不能确定欧姆表。时域reflectomer逾时经常使用这种故障定位的一种工具。您可以使用时域反射看看沿整条电缆的特性阻抗。时域反射测量（有时称为时域光谱技术）注入被测电缆短时间内快速上升时代的脉搏工作。电缆上的影响是用示波器测量。在TDR系统，脉冲发生器注入传输线快速上升的脉冲（通常是同轴电缆）。旅行的脉冲的电缆长度，关闭远端反弹，并通过电缆用于显示在示波器上的回报。商业时域反射计纳入一个单位一脉冲发生器和范围，但在捏您可以轻松地组装自己贸发使用脉冲发生器，范围和一个拆分注入的脉冲辐射降低电缆和点上的电缆两端的一些信号脉冲部分被反射回的注入点。反射的能量是一个条件函数在电缆的一端。除了能源量，你可以分析反射信号的波形和时间的细节得到什么样的阻抗不匹配的信息可以看到的电缆和他们在那里设的电缆。如果电缆在一个开放的条件是能量脉冲反射回来，是在与相同的极性注入脉冲信号的很大一部分注入如果电缆的另一端与接地短路或返回电缆，反映的是能源注入信号的极性相反。如果电缆的一端是为终止电阻匹配的电缆的特性阻抗，注入能量的所有价值将吸收终止电阻和无反射将生成。如果电缆的一端是与一值接近电缆阻抗，但不完全匹配的电缆的特性阻抗电阻终止，注入能量的大部分将被吸收终止电阻和一个非常低的幅度将反射产生的。另外任何因电缆的阻抗连接，主要扭结或其他问题的变化将产生除了从电缆的一端反思的反思。通过定时，原脉冲和反射，是可以看出的电缆长度，以至于一个存在漏洞，拖延。该电缆类型执政这个信号的传播速度，这个数字可以用来转换时间电缆lehngt。例如正常的5类电缆的传播速度是66光速的速度，对于大多数同轴电缆此值之间的66和86之间。记得当时这样做的示波器显示的时间计算是电缆长度的两倍，由于信号遍历电缆两次，向远和后端到示波器。商业贸易和发展报告单位往往在画面或校准表，您不需要做转换的时间距离。你可以有一个如何严重的阻抗不匹配的想法发生的事情的信号幅度看。阻抗失配越多，更多的relected能源和更高的幅度，因此反射信号。通常很难就反射信号的幅度有准确的判断，因为通常电缆衰减的信号衰减的原因很多。因此，更远处的阻抗不匹配，信号越弱得到才能看到它。如果您知道电缆衰减特性或有一定的价值比较信号幅度在同一电缆（其他已知的一些附近的阻抗不匹配你所测量），那么你可以尝试做一些教育quess多么严重的问题。当薄关于有线电视信号衰减的国王，请注意，由于信号通过电缆去两次，向远和后端到示波器，你需要计算电缆衰减两次。刺激脉冲两种类型通常用于贸易和发展报告，冲动，加强电压。脉冲式TDR是有点粗暴，强制方法主要是用电缆长度测量和定位像断电缆，严重故障情况下死短，或一个非常糟糕的扭结。该步骤电压系统实现了对电缆，连接器或接合任何阻抗measurent，并在年底终止。 （脉冲的步骤需要至少两倍的电缆的延迟时间长。）贸发报告电路，本文介绍专为脉冲式测量考虑。这种情况很容易和充分的多种用途。由脉冲波形信号源generatred类型更容易“读取”。该电路可用于也逐步选择长度最长的脉冲产生电路和使用，作为第一步启动电压脉冲信号系统测量。贸发报告波形显示的所有的阻抗不连续性造成的反射效果。波形就像是在整个传输线的阻抗变化的路线图。波形可以评估，以确定多少阻抗偏离标称值。不同的贸易和发展报告系统有不同的performacne特点。有几个因素影响TDR系统的能力，解决密切间距不连续性。如果一个TDR系统有足够的分辨率，小型或紧密间隔连续性，可平滑在一起，形成一个单一的波形畸变。这种影响不仅可能掩盖了一些不连续性，但它也有可能导致不准确的阻抗读数。上升时间，稳定时间和刺激脉冲的错失，也大大影响TDR系统的决议案。两个相邻的不连续性，可无异，测量仪器，如果他们之间的距离达不到一半，系统的上升时间。虽然在许多情况下，最快的上升时间是可取的，非常快的上升时间可以，在某些情况下，就一个贸易和发展报告误导性的测量结果。像差是日前发生的主要事件的步骤可能特别棘手，因为他们达成一项连续性，并开始发电的主要步骤之前反射到达。这些早期的反射减少模糊紧密间距不连续性的决议。像差，该院还打电话，事件发生后出现的步骤将导致相应的畸变的反映。这些像差将很难区分在设备不连续造成的被测设备（DUT）的反映。许多因素导致的贸易和发展报告测量精度。其中包括贸易和发展报告system.s阶跃响应，互连反射和DUT的损失，一步幅度精度，基线校正和参考阻抗（莫宁）在测量使用的准确性。所有的TDR测量都是相对的，它们是通过比较反射振幅事件作出的幅度。随机噪声可能是错误的一个重要来源时，小阻抗变化的测量。在测试安装有线电视的损失可能会导致几个问题。尽管这两个导体损耗和介质损耗可能发生，指挥的损失通常占主导地位。导体的损失是由在电缆，由于趋肤效应有限的金属导体电阻，随着频率的增加。该系列电阻增加的结果是在阻抗明显增加你看看电缆进一步。因此，在长时间的测试电缆，DUT的阻抗看起来比实际的。第二个问题是，上升时间和事件的解决是由脉冲的时间到达了电缆的一端退化。这会影响自事件步骤有效振幅分辨率和精度比预期的有所不同。回顾贸发信号你需要一个快速示波器来获得不错的TDR测量的测量结果。一般来说，越快越好。我已与20 MHz的模拟示波器，每秒20位samplign示波器（osziFox）megasamples一些基本的测量。有了这些设备，测量精度仅限于数米的最好的。你可以得到信息，如果事情是极其错误和问题在哪里。您还可以测量长电缆的长度（与数万数米的精度米）。但是，使用这种oscilloscpe不会显示所有接线细节。如果你有机会与100 MHz或1 GHz的采样率，示波器，你可以得到更准确的测量。在此酶的一些例子可以看到波形示波器屏幕上，而这种布线问题可能导致它们：这里有一些不同的波形，电子元件和电路的原因：注意：当使用昂贵的高带宽示波器，你必须非常小心。高带宽采样头往往是极其静电敏感。为了确保他们在阻抗和信号完整性的应用程序继续执行，他们需要保护装置超出那些足够了传统示波器。您应该帽采样在不使用时投入使用手腕带接地装置workign时，始终履行被测设备探测或之前将其连接到模块（接触探头地导致指向你想要TDR测试）。这是一个好主意，在作出任何连接测量DUT的电缆电线接地。如果您的示波器是啊50欧姆输入阻抗运动场频率范围，我建议考虑使用进行测量1千欧电阻探针。差分TDR测量现在很多高速设计实施差分传输线。差分传输线用于例如来传输以太网信号（UTP电缆），并携带通信信号（PSTN的，宽带的T1等。）。单核苷测量概念讨论的所有成员迄今也适用于差分传输线。但是，他们必须进行扩展以提供有用的差分阻抗测量。差分传输线有两个独特的传播模式，有自己的特性阻抗和传播速度每。大部分的文学，是指这些模式为奇数和偶数的模式。奇数模阻抗是指通过观察一个测得的阻抗线，而其他线路是由互补的信号驱动。差分阻抗，可在整个两条线测量差分驱动配对的阻抗。差分阻抗的两倍多模阻抗。偶数模阻抗是指通过观察一个测得的阻抗线，而其他线路是由作为第一个相当于信号驱动。共模阻抗是并联，这是共同的一半甚至模式阻抗线的阻抗。绑在一起差分线的两个导体和驾驶与传统的单端TDR系统他们，将产生的共模阻抗良好的措施。为了提供真正的差分阻抗测量，你需要的信号源，可以举两个极性的两个通道可选择贸发每一步。采用这种方法，差分系统实际上可以差分驱动。您还需要为示波器差分输入模块来衡量电缆的差分信号。真正的差