使用游标测量TDR测量pH值和fF
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还可以用于测量通孔和组件焊盘的电感和电容，探头尖端的电容和电感，甚至是寄生电感收发器耦合电容。这也是一种验证模拟或提取您自己的模型的简单方法。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测量是反射系数Γ，几乎每个TDR(包括Picotest J2151A，使用可在[1]中下载的设置文件)都提供此数据跟踪。TDR使用Γ和TDR阻抗(通常为50Ω)的转换来确定传输线(电缆或PCB迹线)的阻抗。
这个阻抗变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，所显示的TDR迹是一条平坦的线，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迹不平坦，这就是需要解释的地方。
反射系数中的正“光点”Γ表示串联电感，而反射系数中的负“光点”Γ表示分流电容。
串联电感和并联电容可以从反射系数Γ和TDR参考阻抗(通常为50 Ω)中得到:
一个简单的模拟可以作为一个例子。图1所示的示例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的带宽对结果的影响很小。这个模拟重复了18ps的上升时间，而不是6ps的上升时间。图3所示的结果提供了与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。
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，因此正确地显示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，被用作集成时间。标记的位置并不重要，因为光点前后的平坦区域对整合结果的贡献很小。
实验结果
在共面演示PCB的中心迹线和地之间焊接500fF片式电容器。第二共面演示板的中心痕迹被切割，10nF系列电容器焊接在切割上。这将允许测量等效串联电感(ESL)的电容器。这两块演示板如图4所示，安装电容器的特写如图5所示。
如图6所示，上面的数据迹线是用并联电容测量的Γ迹线。左边的正(感应)“光点”是探头尖端的电感，我们稍后将测量。游标放在负(电容性)“光点”之前和之后，这是分流电容器。门控游标数学函数将电容显示为655fF，这在500fF电容的200fF公差范围内。
如图7所示，上面的数据迹线是用串联安装的电容测量的Γ迹线。左边的正“光点”是探头尖端的电感。较大的探头用于显示较大的结果“光点”。游标放置在正(感应)“光点”之前和之后，门控游标数学函数显示电感值为197pH。这是ESL系列安装电容器。
游标测量也可用于测量探头尖端的电感，如图8所示，这主要是由于探头弹跳引脚。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电感为730 pH值，该电感是探针带宽的最大贡献者。电感越高，探头带宽越低。
500fF并联电容被移除，并替换为3.3pF片式电容，以获得第二个实验数据点，如图9所示。游标放在负的(电容性的)“光点”之前和之后，这是分流电容器。门控游标数学函数显示电容为3.12pF，这完全在电容的10%公差范围内。
5个更好的测量技巧
- 使用一个测量轨迹，即连接到CH2的TDR轨迹。通过使波形尽可能多地填充窗口并包括迹平均，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。禁用未使用的轨迹可以更好地查看所需的波形。一定要关闭显示器;不删除数学函数．在关闭频道显示之前，最大化信噪比。
- 电容器在演示板的中间焊接，允许清洁的引入和引出痕迹，以最大限度地减少测量附近的反射。
- 更小的间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，总是测量一个已知值，并且是相似的大小。
结论
TDR提供了一个500fF电容和一个280pH电感的精确测量。在这两种情况下，信噪比良好，痕迹清晰。这表明可以测量更小的电感和电容值。
参考文献
你可以下载Picotest J2151A PerfectPulse®快速边缘信号发生器和泰克MSO 5/6示波器的设置文件。
[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，Sandler, McGraw-Hill
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
