獲得信號完整性的測量技術

　　TDR（時域反射）測量可以為一根電纜或 PCB（印制電路板）走線的信號完整性提供直接描述，以及分析 IC 的性能與故障。TDR 測量沿電纜或 PCB 走線發送一個快速脈沖，并顯示返回的反射，用于表示阻抗的變化。阻抗變化可以非常強，如開路或短路情況，或者是數 fF 這么微小，如一個 PCB 過孔。該技術以 OTDR（光 TDR）形式，利用了電子系統中介電常數與光學系統中折射率之間的等效性這一特點。

　　TDR 的歷史

　　上世紀30 年代晚期的工程師開始采用 TDR 測量土壤的介電常數與水分含量。今天，很多工程師仍然用這種技術作多種地理測量，如地震斷

層與橋梁“沖刷”，這是在快速河流下出現的危險情況，尤其是在冰凍條件下。流水從橋墩、埋藏設備和類似結構處帶走沉積物，造成這種情況（參考文獻 1、參考文獻 2 和參考文獻 3）。二戰以后，工程師用獨立的脈沖發生器和示波器完成 TDR 測試。數字邏輯芯片生成 5V 擺幅的脈沖，制造出足以被檢測到的反射。上世紀60 年代末有一項重要進步，當時的惠普公司（現在的Agilent）推出了用于其 140主示波器的1415A插入式儀器。這款高性能儀器第一次在一部裝置中集成了脈沖發生器和采樣頭。上世紀70年代，Tektronix推出了1502和 1503TDR測試套件，在電纜完整性測試方面獲得了廣泛應用。軍隊一直是 TDR裝備的熱心用戶，Tek 提供這些產品的軍規版。核彈測試時需要用 TDR評測數英里的電纜，以及爆炸區內的地球物理現象。

　　Tektronix 與惠普的技術實現將在今后幾十年內繼續下去。惠普開發了 20 GHz 的 54120A 主機和 54121A 測試頭（圖 1）。這些產品包括計算機化的 TDR 測試套件，并能做 TDT（時域傳輸），后者除了發送脈沖的輸入和數字化反射以外，還需要其它用于監控電路傳輸的輸入。這種方法可以確定電路的損耗特性；而用一種純反射儀器不可能測出這些損耗。示波器在采樣頭中使用了來自惠普網絡分析儀的探測器。

　　上世紀80 年代時，Tektronix 推出了 50 GHz 11801 示波器主機，以及 20 GHz SD-24 差分 TDR 模塊（圖 2）。為實現其它模塊監控傳輸，11801可以完成 TDR 和 TDT，并可以評估差分信號，如 LVDS（低壓差分信令）和 SCSI（小型計算機系統接口）電路中的信號。該示波器后來發展成為 11801C，而帶有一個 35 ps 上升時間脈沖發生器的模塊則保持不變。該示波器多年來一直在業內廣為應用，盡管它的用戶界面有點難以捉摸，可能更適合于通過 GPIB（通用接口總線）控制，而不是一名工程師在前面板操作。惠普并沒有滿足于既得的榮譽，不久以后推出了 18GHz 的 54754A 模塊，用于 86100A 主機。Tektronix也跟隨推出用于 CSA803（源于 11801C）的 17 ps 80E04 模塊。現在 Tektronix公司的模塊包括70GHz的 DSA8200主機以及50GHz的80E10 模塊。同時，競爭對手 LeCroy 則提供 100GHz 的WaveExpert 100H，以及一個20GHz 的ST-20 TDR模塊（圖3）。

　　Picosecond Pulse Labs制造的TDR可算是終極設備：4022附加模塊可接受Tektronix、Agilent或其它TDR 的脈沖，速度達到令人驚訝的 9 ps 上升時間。Picosecond 亦制造脈沖發生器，但用4022加快一臺示波器脈沖速度的方法有自己的優點。Picosecond首席技術官 Clayton Smith 稱：“我們把它做成可與示波器中的現有軟件一起工作。” Picosecond 亦為各家示波器OEM制造TDR模塊。

　　除了高檔 TDR 的發展以外，還有些儀器能完成 TDR 在上世紀50年代就開始做的工作：檢查長電纜有無短路、開路和斷線。這一功能對美國海軍非常重要，因為現代艦艇都有數英里長的電纜。廣播與電視運營商亦用 TDR 尋找天線塔上同軸電纜的裂縫。Tektronix 的 TS90 TelScout TS90 100 就是一種這樣的機器；另外還有 Spirent E2520 型測試儀，它可以評估長達 9800 英尺的雙絞線電纜。