我收到了一个新的时域反射计(TDR)的演示版本;型号T3SP15D从Teledyne测试工具)。我决定通过测量我实验室周围的所有电缆来进行测试。结果令人惊讶!

TDR实际测量的是什么

每个互连点都是一条传输线，无一例外。如果传输线是均匀的，那么信号在整个互连线上都将看到相同的瞬时阻抗。表征传输线特性的瞬时阻抗的一个值称为特性阻抗。这一项和传输线的时间延迟是任何传输线的两个最重要的指标。

TDR根据50欧姆参考源的反射电压间接测量瞬时阻抗。当短上升时间沿被测器件(DUT)向下移动时，当瞬时阻抗改变时发生反射。这些反射信号返回到源，在那里我们用非常快的采样范围测量它们。

在瞬时阻抗的每一次变化中，Z₂则反射系数rho，即反射电压与入射电压之比为

如果我们在连接采样范围的源位置测量反射系数，我们可以反演出引起反射的阻抗为:

我们根据它的反射推断出瞬时阻抗的变化。我们在源处看到反射的时间是从源到不连续点的往返延迟时间的度量。

TDR将显示测量到的反射电压，并由此计算瞬时阻抗的空间变化，沿着传输线的长度。如果我们能确定线路的起点和终点，我们还可以测量往返时延，并由此得出传输线的单向时延。

图1显示了实时测量时TDR屏幕上显示的原始测量反射系数和反向瞬时阻抗。在这个例子中，我将TDR连接到电路板上的8英寸长的传输线上。

T3SP15D TDR不仅可以测量实时显示在屏幕上的瞬时阻抗，还可以校正所有内部反射和电缆发射，从而提供被测设备瞬时阻抗的校准测量。图2显示了该PCB走线的校准阻抗分布图。该测量大约需要五秒钟来取平均值，并进行校准转换并显示结果。

在这张电路板图中，我们看到SMA的初始电容性发射到电路板上，线路的瞬时阻抗在整个线路上变化了大约±1欧姆，平均值为52欧姆。

测量优质50欧姆电缆

在我的实验室里，我使用了很多50欧姆的电缆来连接示波器甚至vna到各种dut。我一直认为电缆是完全均匀的传输线。对于真正的高带宽测量，我尝试使用高端(更昂贵)的优质电缆。我一直认为它们是50欧姆，并且是均匀的。

有了我的新TDR，我有了一个完美的工具来快速评估电缆的阻抗分布。TDR电缆端头为2.9 mm公接头。这是兼容3.5毫米和SMA连接器。为了查看带有BNC连接器的同轴电缆，我使用了一个简单的SMA到BNC适配器。

我的发现相当令人惊讶。

我首先看的是优质的同轴电缆。不太奇怪，我看到一些非常均匀的传输线，非常接近50欧姆。图3显示了两种优良电缆的典型阻抗分布图。它们是50欧姆±0.5欧姆。这是非常值得尊敬的表现。

使用快速模式，我可以直接连接电缆，并在屏幕上实时看到阻抗曲线。这使我能够在不到5秒的时间内测量电缆并查看其阻抗曲线。我能够在不到5分钟的时间内扫描我周围的十几根高级电缆。

我震惊地发现，我用于高带宽示波器测量的一些电缆并不是那么干净和良好。图4显示了两条具有明显不连续性的电缆。

在我实验室里的12根优质电缆中，有4根在长度上有某种不连续性。只有当不连续性达到50欧姆时，我才能看到电缆上的物理凹陷或扭结，这是不完美的明显来源。不用说，我清理了实验室里的四根不太干净的高级电缆。

低成本50欧姆电缆

最近我一直在使用从亚马逊购买的低成本RG174同轴电缆。这些有BNC或SMA连接器。我在我的瞄准镜测量中使用它们，因为它们非常灵活。几年前，我在VNA上测量了一个，测量了6 GHz -3 dB带宽。对于我在< 8 GHz带宽范围内的大多数应用程序，我一直认为这些电缆会很好。

在测量了劣质的优质电缆之后，我想知道我的一打RG174电缆会有多糟糕。我再次感到惊讶，但由于我的期望很低，所以我感到惊喜。

RG174同轴电缆的特性阻抗为50欧姆。大多数低成本的RG174电缆都非常接近这个值，并且非常均匀。图5是两种代表性电缆的示例。

在这个例子中，你可以看到从电缆内部的SMA终端的反射。这是电缆中最大的反射源。这些反射和串联电阻限制了电缆的带宽。同轴电缆到SMA连接器的低质量终端是这些电缆成本如此之低的部分原因。

阻抗曲线的轻微向上蠕变可能是由于电缆的实际阻抗变化，或者更可能是由于串联电阻。区分这两种可能的根本原因的方法是测量电缆两端的TDR响应。如果它是一个真实的阻抗变化，剖面将从一端到另一端看起来不同。如果它是串联电阻，它将在两个方向上看起来“上坡”。图6显示了这种比较。

虽然向上的斜率明显是由串联电阻引起的，但在端口1的15.5 nsec和端口2的12.2 nsec处，可以看到约0.2欧姆的小阻抗不连续。这是一个很好的一致性检查的灵敏度有多小的实际阻抗不连续可以被测量。

我能够在我的实验室里循环并快速测量所有的RG174电缆。在超过12根电缆中，其中两根显示出不同寻常的阻抗曲线。如图7所示，它们与两条良好的电缆进行了比较。

结论

我们认为电缆是理所当然的。我们一直使用它们进行范围测量，VNA测量，以及将源连接到设备。我们总是假设电缆是完美的。在许多应用中，电缆阻抗的微小变化并不重要。

但时不时地，我们做一个测量，涉及到一个快速边缘或高带宽信号，有些东西看起来不太对，我们想探索根本原因。在这些情况下，你应该在你的“通常怀疑”列表中添加一条坏电缆。除非您已经验证了电缆的质量，否则即使您的优质电缆也可能存在一些缺陷，这可能是测量伪影的根本原因。

TDR可以在大约5秒内回答有关电缆质量的问题。我震惊地发现，我在实验室里经常使用的电缆中，大约有25%在某种程度上存在缺陷。在不到30分钟的测试中，当我执行高带宽测量和分析结果时，我能够扫描所有电缆并清除所有不符合规格的电缆，这从我的列表中消除了至少一个变量。