时域反射计(TDR)是一种常用来测量印刷电路板(PCB)测试片和电缆阻抗的仪器。TDR对于测量通孔和元件衬垫的电感和电容、探头尖端的电容和电感，甚至是寄生电感收发器耦合电容也非常有用。它也是验证模拟或提取您自己的模型的一种简单方法。高端专用TDR通常包含此功能，但即使使用简单的基于实时示波器的TDR，也可以使用简单的游标测量产生这些结果。
理论与模拟结果
基本的TDR度量是反射系数Γ，几乎每个TDR(包括Picotest J2151A，使用可从[1]下载的安装文件)都提供了这个数据跟踪。TDR使用来自Γ和TDR阻抗(通常是50Ω)的转换确定传输线(电缆或PCB迹)的阻抗。
这个阻抗转换也包含在上面引用的设置文件中。对于具有统一Γ(或阻抗)的无损传输线，显示的TDR迹线是一条平坦的线，几乎不需要解释。门控游标用于显示游标之间的平均阻抗值。
当传输线不均匀或附加组件时，显示的TDR轨迹不是平坦的，这就是需要解释的地方。
反射系数中正的“光点”Γ表示串联电感，而反射系数中负的“光点”Γ表示并联电容。
串联电感和并联电容可以从反射系数Γ和TDR参考阻抗中得到，后者通常为50 Ω，表示为:
可以用一个简单的模拟作为例子。图1所示的例子包括串联电感和并联电容。
仿真结果如图2所示。
有趣的是，TDR的带宽对结果几乎没有影响。这个模拟是用18ps上升时间而不是6ps上升时间重复的。结果如图3所示，提供了与6ps相同的结果。在某些情况下，传输线损耗将降低测量信噪比，结果将变得可疑。
在这个模拟结果中的第一个“光点”是串联电感，它位于100ps无损传输线的末端。TDR看到往返路径，因此正确显示200ps。
并联电容放置在串联电感后75ps, TDR再次正确地看到往返路径为2*(100ps+75ps)或350ps。
标记放置在每个“光点”之前和之后，用作集成时间。标记的放置并不重要，因为光点前后的平坦区域对集成结果的贡献很小。
实验结果
在一个共面演示PCB的中心轨迹和地面之间焊接一个500fF芯片电容。第二共面演示板的中心轨迹被切割，并在切割处焊接10nF系列电容。这将允许测量电容的等效串联电感(ESL)。这两个演示板如图4所示，安装的电容器的特写如图5所示。
上面的数据迹，如图6所示，是用并联电容测量的Γ迹。左边的正的(感应的)“光点”是探头尖端的电感，我们稍后将测量它。游标被放置在负(电容)“光点”之前和之后，这是分流电容。门控游标数学函数显示电容为655fF，这在500fF电容的200fF公差范围内。
上面的数据轨迹，如图7所示，是用串联安装的电容测量的Γ轨迹。左边的正“光点”是探头尖端的电感。更大的探头用来显示更大的结果“光点”。游标被放置在正(电感)“光点”之前和之后，门控游标数学函数显示电感为197pH。这是串联安装电容器的ESL。
游标测量也可以用来测量探头尖端的电感，如图8所示，这主要是由于探头弹跳销。在探针接触点的正(感应)“光点”是通过在“光点”之前和之后放置游标来测量的。门控游标数学函数显示的电感为730 pH，该电感是探针带宽的最大贡献者。电感越高，探头带宽越低。
将500fF并联电容取下，用3.3pF芯片电容替换，以获得第二个实验数据点，如图9所示。游标被放置在负(电容)“光点”之前和之后，这是分流电容。门控游标数学函数显示电容为3.12pF，这完全在电容的10%公差内。
5个更好的测量技巧
- 使用一个测量跟踪，即连接到CH2的TDR跟踪。通过使波形尽可能多地填充窗口并包括跟踪平均，最大化该通道的信噪比。
- 设置文件包括脉冲电压，反射系数，阻抗和电容和电感的计算。禁用未使用的跟踪将提供所需波形的更好的查看。一定要关掉显示器;不删除数学函数．在关闭频道显示器之前，最大化信噪比。
- 电容器在演示板的中间被焊接，允许干净的引入和引出痕迹，以减少测量附近的反射。
- 更小的螺距探头提供更高的带宽，这允许更清晰的测量。
- 在测量未知值之前，一定要测量已知值和相似的值。
结论
TDR提供了500fF电容和280pH电感的精确测量。在这两种情况下，信噪比都很好，痕迹也很清楚。这表明可以测量更小的电感和电容值。
参考文献
[1]下载Picotest J2151A PerfectPulse®快速边缘信号发生器和泰克MSO 5/6示波器的安装文件。
[2]视频演示:
进一步的阅读
电源完整性:电子系统中电源相关参数的测量、优化和故障排除，桑德勒，麦格劳-希尔
https://www.picotest.com/measurements/MeasuringPCB.html
https://www.tek.com/document/fact-sheet/tdr-impedance-measurements-foundation-signal-integrity
https://www.sisoft.com/uploads/TDR_Reading_the_Tea_Leaves_MS.pdf
