基于ADS的TDR仿真培训2

1、张建国 2019/6/15,信号完整性基础之基于ADS的TDR仿真培训,TDR基本原理 ADS的TDR与TDT仿真 总结,目录,1、什么是TDR？ 全称是Time Domain Reflectometry,中文翻译叫时域反射计。是基于时域的一种阻抗测量方法，通过测量电压来获得阻抗。由信号发生器、探头和采样示波器三部分组成。是PCB厂商和信号完整性工程师常用的阻抗测量仪器，相比于VNA的频域测量，TDR更加简单快捷，省去了复杂的校准过程，同时价格也更加便宜。在高速数字电路领域应用广泛。,TDR仪器厂商主要是安捷伦和泰克，如Agilent86100、泰克的DS8200等。,TDR基本原理,2、TD

2、R阻抗测量原理,信号在传输过程中，当遇到阻抗变化时，一部分信号发生反射，一部分继续传播。不同的阻抗其反射量不一样，因此如果能测量到这个反射电压，那么理论上就可以表征阻抗大小。TDR就是利用这样的原理来进行阻抗测量的。,反射系数的定义,Z0,ZL,V+,V-,Vt,3、TDR阻抗计算公式的推导,4、三种特殊情况下的TDR测量波形,负载开路时的电压波形,负载短路时的电压波形,负载匹配时的电压波形,电压随时间变化的示意图,阻抗随时间变化的示意图,5、TDR测量阻抗不连续点的示意图 由于TDR是时域阻抗测试原理，因此可以直接从示波器上读取到阻抗值和阻抗不连续点的时间， 从而可以根据延时计算出阻抗不连续

3、点的位置。,：为等效介电常数 c：为真空中光速 t：为延时 h：为介质厚度 w：为微带线宽度,6、TDR分辨率,TDR虽然测量方便，但是要想使测量结果准确，必须满足一定的条件，这就是 TDR的分辨率。即微带线长度必须至少大于上升沿时间引起的长度的一半。,假设上升沿时间为35ps，微带线仍然是上述原理图模型，那么L至少大于78.9mil。,基于ADS的TDR仿真,通过TDR计算公式，可以仿真出这段微带线的阻抗为29.38。,1、微带线的阻抗仿真,通过ADS的微带线工具LineCalc和Polar工具计算对比，表明TDR仿真结果是准确的。,其他工具的对比,利用ADS的面板工具，可以将S11直接转化

4、为TDR阻抗。频域与时域可以相互转换。,S参数与TDR的相互转换,当微带线长度变短时的TDR阻抗,微带线长度变短时，可能会使得TDR阻抗测量会偏大，线越短误差越大，这就是因为 TDR的分辨率不够导致的。也就是不满足上升沿所引起的长度的一半(如前面的公式)。,提高测量仪器的分辨率,缩短仪器的上升沿时间，相当于提高TDR仪器的分辨率，可以提高测量结果的准确性。 当然，分辨率越高，仪器价格也越高。,2、多段传输线的仿真,当存在多段传输线时，只有第一段与理论计算相符，离源端越远误差越大，这是由于 多重反射造成的影响导致。,使用ADS自带的TDR小工具计算（类似于示波器）,使用ADS自带的TDR工具来从

5、S11转化为时域TDR，利用其自带的算法，可以消除多次 反射引起的误差，保证多段测量结果的准确性，这也是示波器厂商的核心算法。,3、差分线的TDR阻抗仿真,同样采用TDR计算公式，可以仿真出这段差分线的阻抗为85.6。,通过ADS的微带线工具LineCalc和Polar工具计算对比，表明TDR仿真结果是准确的。,其他工具的对比,TDR的实际测量图-安捷伦86100C,TDR的实际测量图-泰克DS8200,实际测量时，在探针接触处会有寄生电感，导致阻抗突然变高，需要一定的稳定时间，因此准确的读数区间在50%70%之间。,4、阻抗不连续点的位置仿真,利用公式计算出来的阻抗不连续点位置为999.6m

6、il，与实际的1000mil非常接近。,5、TDT仿真 TDT是Time Domain Transmission的简称，即时域传输。它是在各个节点测试电压波形， 根据电压波形的延时计算电磁波的传输速度。,不同的微带线宽度，电磁波传输的速度不一样，线宽越宽，速度越慢。这是因为等效节电常数变大。,总 结,1、TDR测试是信号完整性的最基础工作，也是很重要的工作，因此必须学会TDR的测量。 2、深刻理解TDR的技术原理是正确测量TDR的前提。 3、TDR的分辨率是测量TDR的关键所在，分辨率越高，能测量的线段越短，价格也越高。 4、可以使用公式进行TDR的计算，也可以使用ADS自带的面板工具进行S11与TDR的转 化。尤其是在测量多段不连续传输线时，建议使用前面板工具。 5、TDR仿真与测试既可以表征通道的阻抗