特性阻抗的量测.pdf

特性阻抗测量课程特性阻抗测量课程 Tektronix Validation and Debugg Center 泰克验证与调试中心 邓锦辉 泰克验证与调试中心 邓锦辉 June 2003 课程内容简介课程内容简介 8第一部第一部: TDR时域反射测量阻抗原理概述时域反射测量阻抗原理概述 8第二部第二部: 传输线理论概述传输线理论概述 8第三部第三部: TDR阻抗测量的分辩率与误差阻抗测量的分辩率与误差 8第四部第四部: 使用使用IPC-TM-650标准去除阻抗测量的误差标准去除阻抗测量的误差 8第五部第五部: 典型典型TDR应用应用 8PCB特性阻抗测量：单端特性阻抗测量：单端, 差分差分, 齐模与偶模阻抗齐模与偶模阻抗, 串扰串扰 8Cable特性阻抗测量：特性阻抗特性阻抗测量：特性阻抗, 传输延迟传输延迟,串扰串扰, 回波损耗回波损耗, 衰减衰减 8系统信号完整性分析：例子：利用系统信号完整性分析：例子：利用TDR测试千兆高速背板眼图测试千兆高速背板眼图 8IC封装的错误分析封装的错误分析 8第六部第六部: 泰克阻抗测量产品介绍泰克阻抗测量产品介绍 8第七部第七部: 静电的成因静电的成因, 影响与适当的防静电措施影响与适当的防静电措施 880A02静电保护模块介绍静电保护模块介绍 第一部第一部: TDR原理概述原理概述 TDR时域反射的原理时域反射的原理 阻抗变化点 传输能量 入射能量 被反射能量 阻抗变化点 传输能量 入射能量 被反射能量 Z1= Z0Z2 Z0 8TDR = Time Domain Reflectometry 时域反射时域反射 8原理：当传输路径中发生阻抗变化原理：当传输路径中发生阻抗变化, 部分能量会被反射部分能量会被反射, 剩余 的能量会继续传输。

只要知道发射波的幅度及测量反射波的 幅度，就可以计算阻抗的变化同时只要测量由发射到反射 波再到达发射点的时间差就可以计算阻抗变化的位置 剩余 的能量会继续传输只要知道发射波的幅度及测量反射波的 幅度，就可以计算阻抗的变化同时只要测量由发射到反射 波再到达发射点的时间差就可以计算阻抗变化的位置 TDR仪器的实现方法仪器的实现方法 ZLoad Load 传输线传输线 Z 0 0 50 Ω 取样取样-保持 门电路 保持 门电路 去示波器 主机 去示波器 主机 SMA接头接头 TDR 取样头取样头 阶梯 信号源 阶梯 信号源 8典型典型TDR系统由一高速的阶跃脉冲发生器与高速的取样头所 组成阶跃脉冲的上升时间决定了分辨阻抗不连续性的能力 高速采样头决定测量时间，即阻抗变化位置之准确度 系统由一高速的阶跃脉冲发生器与高速的取样头所 组成阶跃脉冲的上升时间决定了分辨阻抗不连续性的能力 高速采样头决定测量时间，即阻抗变化位置之准确度 注意：一般的注意：一般的TDR仪器的输出阻抗为仪器的输出阻抗为50Ω Ω 计算阻抗变化计算阻抗变化 0 0 )( ZZ ZZ V V Rho incident reflected + − ==ρ ρ ρ − + = 1 1 0 ZZ 8因为入射的阶跃脉冲的幅度是已知的，所以只要测量反射阶 跃脉冲的幅度，就可以找出反射系数， 若仪器的输出阻 抗是已知的，就可以计算反射点的阻抗值了。

因为入射的阶跃脉冲的幅度是已知的，所以只要测量反射阶 跃脉冲的幅度，就可以找出反射系数， 若仪器的输出阻 抗是已知的，就可以计算反射点的阻抗值了 ρ 0 ZZ 公式公式: 请参看本课程第二部 有关此公式的推导 请参看本课程第二部 有关此公式的推导 计算阻抗变化点的位置计算阻抗变化点的位置 8同时通过测量被反射信号的传输时延，就可以计算阻抗变 化，即反射点的位置： 同时通过测量被反射信号的传输时延，就可以计算阻抗变 化，即反射点的位置： r ε= 介电常数介电常数 = 光速光速C = 电信号在介质中的传输速度电信号在介质中的传输速度V = 从发出信号到反射信号再达到出发点之时间从发出信号到反射信号再达到出发点之时间T r TCTV L ε2 * 2 * == 常见的介电常数常见的介电常数 Materialsε ε Air 1.0006 Teflon Coax Cable2.06 Teflon 2.2 Polyethylene2.25 Rubber (hard)3 Silicon Dioxide4 Modified Epoxy4.2 FR4 epoxy4.4 Bakelite 4.8 Glass5.5 Corning glass 5.75 Alumina 92% 9.2 Alumina 96% 9.4 Silicon11.9 Ferrite12 Gallium Arsenide 12.9 Diamond 16.5 Water distilled81 8一般一般FR4 PCB印刷线路板的介电常 数为： 印刷线路板的介电常 数为：4.4。

注意：在多层线路板表 面最外围的路径，其介电常数在 注意：在多层线路板表 面最外围的路径，其介电常数在1( 空气空气)与与4.4之间；内层路径才是之间；内层路径才是4.4 8因为，所以越小的， 信号在介质中的速度越快 因为，所以越小的， 信号在介质中的速度越快 8在在FR4 PCB中，中， 1ns传输时延传输时延 = ~15cm长度 或长度 或 1cm长度长度 = ~67ps传输时延传输时延 r C V ε = r ε 几种典型的负载几种典型的负载 8开路负载 ：开路负载 ： V 0 2TP Z0 Z= Open = ∞ TP 2V Vreflected Vincident ρ ρ == V V =1 ρ ρ = +1, VReflected= Vincident, Vmeasured= 2 VIncident 反射波等于入射波反射波等于入射波 几种典型的负载几种典型的负载 8短路负载 ：短路负载 ：ρ ρ = -1, VReflected= -VIncident, Vmeasured= 0 Vreflected Vincident ρ ρ == -V V = -1 反射波等于入射波 但方向相反。

反射波等于入射波 但方向相反 V 0 2TP TP Z0 Z= 0 V 0 2TP TP Z0 Z= Z0 Vreflecte d Vincide nt ρ ρ = = 0 V = 0 反射波等于零，即 没有反射 反射波等于零，即 没有反射 几种典型的负载几种典型的负载 8匹配负载：匹配负载：ρ ρ = 0, VReflected= 0 , Vmeasured= VIncident v – t 趋势图趋势图 8v – t趋势图：将反射系数随阶跃脉冲被发出后在时间轴上 的变化趋势描绘出来 趋势图：将反射系数随阶跃脉冲被发出后在时间轴上 的变化趋势描绘出来 00 0 2 )1 ()1 ( ZZ Z V ZZ ZZ VVVVV incidentincidentincidentincidentreflectedmeasured + = + − +=+=+=ρ 反射 电压 开路负载 反射 电压 开路负载 (Z = ∞ ∞) 匹配负载匹配负载(Z = 50Ω Ω) 短路负载短路负载 (Z = 0) 时间时间 2 Vincident Vincident 0 t0t1 入射入射 incidentmeasured VV20 ρ ρ – t 趋势图趋势图 8ρ ρ – t趋势图：将反射系数随阶跃脉冲被发出后在时间轴上 的变化趋势描绘出来。

趋势图：将反射系数随阶跃脉冲被发出后在时间轴上 的变化趋势描绘出来 反射 反射系数 开路负载 反射 反射系数 开路负载 (Z = ∞ ∞) 匹配负载匹配负载(Z = 50Ω Ω) 短路负载短路负载 (Z = 0) 时间时间 + 1 0 - 1 t0t1 入射入射 11 0 0 + + − ==− ZZ ZZ V V incident reflected ρ z – t 趋势图趋势图 8z – t趋势图：将阻抗值随阶跃脉冲被发出后在时间轴上的 变化趋势描绘出来 趋势图：将阻抗值随阶跃脉冲被发出后在时间轴上的 变化趋势描绘出来 反射 阻抗值 开路负载 反射 阻抗值 开路负载 (ρ ρ = +1) 匹配负载匹配负载(ρ ρ = 0) 短路负载短路负载 (ρ ρ = -1) 时间时间 50Ω Ω 0Ω Ω t0t1 入射入射 ρ ρ − + = 1 1 0 ZZ 。