時域反射技術(shù)（TDR），全稱Time Domain Reflectometry，是一種基于電磁波反射原理的檢測技術(shù)，早期用于定位通信電纜斷點。該技術(shù)通過分析導(dǎo)體中反射波的時間和幅度變化檢測阻抗不連續(xù)點，可實現(xiàn)千米級電纜厘米級故障定位，具有非破壞性、實時測量和高精度特點。

       PCB（印制電路板）作為電子設(shè)備的核心載體，其特性阻抗的一致性與完整性直接決定了信號傳輸質(zhì)量。然而，PCB 生產(chǎn)過程中的過孔設(shè)計、走線偏差、焊點缺陷，或是長期使用后的線路老化、微裂紋等問題，都可能導(dǎo)致阻抗異常，進而引發(fā)信號完整性故障。此時，一款能夠精準、快速定位阻抗問題的專業(yè)儀器就成為工程師的 “剛需工具”——TDR 阻抗測量儀正是基于這一需求，以時域反射（TDR）原理為核心，憑借高帶寬優(yōu)勢，成為 PCB 特性阻抗測試與故障定位的關(guān)鍵設(shè)備。

         當電路出現(xiàn)問題時，就像在錯綜復(fù)雜的迷宮中尋找一條錯誤的路徑，不僅需要花費大量的時間和精力，還需要具備豐富的經(jīng)驗和專業(yè)知識。傳統(tǒng)的檢測方法往往依賴于對電路的逐一排查，效率低下，而且容易遺漏一些隱蔽的故障點。

         而 TDR 技術(shù)的出現(xiàn)，就像是給工程師們帶來了“聽診器”，為電路檢測開辟了一條全新的道路。它能夠快速、準確地定位電路中的故障點，大大提高了檢測效率和準確性，成為了電子工程師們不可或缺的得力助手。

         時域反射計（Time Domain Reflectometry，簡稱TDR）是一種強大的測試工具，尤其適用于高速信號完整性分析和傳輸線路特性測量。本文將深入介紹TDR的工作原理、應(yīng)用場景以及如何高效使用它進行測試，幫助硬件工程師更好地理解和優(yōu)化自己的設(shè)計。

         由于TDR是時域阻抗測試原理，因此可以直接從示波器上讀取到阻抗值阻抗不連續(xù)點的時間，從而可以根據(jù)延時計算出阻抗不連續(xù)點的位置。

TDR 的基本概念

TDR 是一種通過觀察信號在傳輸線上的反射特性來分析線路物理屬性的工具。其核心原理是：

1. TDR 向傳輸線發(fā)送一個快速上升沿的電脈沖。

2. 當脈沖遇到阻抗不連續(xù)（如短路、開路或阻抗變化）時，會產(chǎn)生反射波。

3. 通過分析反射波的時序和幅度，可以確定傳輸線的阻抗特性、缺陷位置和嚴重程度。

這一方法類似于聲納或雷達，區(qū)別在于 TDR 使用電信號而非聲波或電磁波。

TDR 的應(yīng)用場景

1. 信號完整性分析：在高速數(shù)字信號傳輸中，阻抗不匹配會導(dǎo)致信號反射和失真。TDR 可以快速診斷 PCB 走線、連接器和電纜中的阻抗問題。

2. 傳輸線特性測量：通過 TDR，可以測量傳輸線的特性阻抗、長度和介電常數(shù)。

3. 故障定位：當傳輸線上出現(xiàn)短路、開路或焊接缺陷時，TDR 能精確定位問題的位置。

4. 評估工藝變異影響：TDR 可用于評估 PCB 制造中的工藝偏差對走線阻抗一致性的影響。

TDR阻抗計算公式的推導(dǎo)

       當驅(qū)動器發(fā)射一個信號進入傳輸線時，信號的幅值取決于電壓、緩沖器的內(nèi)阻和傳輸線的阻抗。驅(qū)動器端看到的初始電壓決定于內(nèi)阻和線阻抗的分壓。

反射系數(shù)

其中-1≤ρ≤1

當ρ=0時無反射發(fā)生

當ρ=1(Z 2 =∞，開路)時發(fā)生全正反射

當ρ=-1(Z 2 =0，短路)時發(fā)生全負反射

初始電壓，是源電壓Vs（2V）經(jīng)過Zs（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）分壓。

Vinitial=1.33V

后續(xù)的反射率按照反射系數(shù)公式進行計算

源端的反射率，是根據(jù)源端阻抗（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）根據(jù)反射系數(shù)公式計算為-0.33；

終端的反射率，是根據(jù)終端阻抗（無窮大）和傳輸線阻抗（50歐姆）根據(jù)反射系數(shù)公式計算為1；

我們按照每次反射的幅度和延時，在最初的脈沖波形上進行疊加就得到了這個波形，這也就是為什么，阻抗不匹配造成信號完整性不好的原因。

由于連接的存在、器件管腳、走線寬度變化、走線拐彎、過孔會使得阻抗不得不變化。所以反射也就不可避免。

三種特殊情況下的TDR測量波形

S參數(shù)與TDR

S參數(shù)（散射參數(shù)）和時域反射（TDR）是射頻和高速信號系統(tǒng)中分析信號完整性和傳輸特性的兩種主要工具。它們描述了同一物理系統(tǒng)的特性，但在不同的領(lǐng)域和方式下進行。

以下是它們之間的關(guān)系和關(guān)聯(lián)：

1. 域的不同

S參數(shù)：工作在頻域，描述網(wǎng)絡(luò)對各種頻率信號的響應(yīng)。常見的S參數(shù)包括

TDR：工作在時域，通過測量時間上反射信號的變化來分析信號路徑中的阻抗變化。

關(guān)系：S參數(shù)的

2. 物理意義的聯(lián)系

S參數(shù)：頻域中的

TDR：通過發(fā)送窄脈沖并觀察返回的反射信號，可以直接在時域中定位阻抗不連續(xù)點和估算阻抗值。

TDR測量可以看作是特定時域條件下

TDR測試原理

TDR通過向傳輸路徑中發(fā)送一個脈沖或者階躍信號，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時， 部分能量會被反射， 剩余的能量會繼續(xù)傳輸。只要知道發(fā)射波的幅度及測量反射波的幅度，就可以計算阻抗的變化。同時只要測量由發(fā)射到反射波再到達發(fā)射點的時間差就可以計算阻抗變化的相位。

信號在傳輸過程中，當遇到阻抗變化時，一部分信號發(fā)生反射，一部分繼續(xù)傳播。不同的阻抗其反射量不一樣，因此如果能測量到這個反射電壓,那么理論上就可以表征阻抗大小。TDR就是利用這樣的原理來進行阻抗測量的。

案例

案例1：區(qū)分失效為芯片內(nèi)部問題還是焊點問題。接收態(tài)樣品包括光板、良品板、失效板。通過對光板、良品板、失效板失效的鏈路分別進行TDR測試，并與空載曲線進行對比，從圖中可以看出，失效樣品的曲線并未像正常樣品一樣信號進入到芯片內(nèi)部，而是與光板的曲線一樣，到了焊盤附近就出現(xiàn)開路的現(xiàn)象。因此可以判斷開路的失效點是在焊盤的附近，即可能是焊點或焊盤走線的問題，而不是芯片內(nèi)部的問題，進一步對焊點進行切片，通過切片可以觀察到該鏈路焊點底部存在開裂異常。

案例2：定位超大失效樣品內(nèi)具體的失效位置。送檢樣品尺寸500mm*300mm，失效鏈路總長度約400mm，通過TDR從失效鏈路的兩端分別進行測試，獲得開路時間分別為1.79ns及2.94ns，換算可以獲得開路點距離兩端分別是151mm及249mm位置上，結(jié)合PCB布線圖對所定位的位置進行X-Ray局部放大觀察，可以發(fā)現(xiàn)該位置存在走線斷裂的情況，而沒有TDR定位的情況下，僅采用X-Ray放大觀察整段線路將會耗費很長時間。而且如果不注意X-Ray襯度調(diào)節(jié)的情況下，很難明顯的觀察到微裂紋的存在。