高分辨率TDR测试以及应用

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　　使用TDR模块延伸电缆和Probe Station能将现有的TDR设备性能发挥到极致，配合80E04 TDR模块所能获得测试的分辨率也只有2mm左右，仍然不能满足高分辨率

TDR用户的需求。

　　更高分辨率TDR的解决方案

　　要从根本上提高TDR测试的分辨率就必须寻找上升沿更快的阶跃信号发生器和更高带宽的取样器。在此之前人们已经找到了由多个独立仪器所组成的解决方案。

　　在组合方案中，使用Picosecond公司高速阶跃信号发生器（4022）配合泰克公司高带宽取样器80E06组合成一套高分辨率的TDR测试系统，见图3。该测试系统由高速阶跃信号发生器Picosecond 4022配合70GHz带宽的取样模块80E06组成，标称的系统上升时间达到9ps，可获得超高的TDR测试分辨率。

　　80E10高分辨率测试模块

　 　虽然高分辨率TDR组合方案能获得明显高于原有80E04方案的测试分辨率，但是也存在一些问题。例如：易用性问题，组合方案离不开繁杂的电缆连接，难以实现对DUT的探测；阻抗测量读数问题，组合方案在仪器上读出的数值只能是电压值而无法直接获得阻抗值或者反射率值；测试仪器的补偿、校准以及一致性问题，组合方案的两个组成部分来自不同的供应商，因此或多或少的存在仪器的温度补偿、校准以及一致性问题。组合方案更像是科学研究用的设备而不是商品化测试设备。由单一的供应商实现一体化高分辨率TDR测量仍然是测试者所期望的。

　　最近Tektronix公司推出了全新的高分辨率TDR模块80E10、80E08。其中80E10模块的系统上升时间高达15ps（典型值）。

　　克服TDR测试中的多重反射

　　当测试者使用高分辨率TDR设备对芯片进行失效分析或者是对高速的PCB背板进行TDR测试时，可能会遇到芯片内部或者是PCB背板的各种复杂的走线情况所带来的多重反射现象，从而给寻找短路/断路点的位置带来了很大的困难。多重反射的产生如图4所示。

　　当被测试的走线上存在多个阻抗不连续点时，例如DUT的走线含有多个转角或者穿层，那么信号在穿越每两个相邻的阻抗不连续点时都会产生反射，所有的反射信号会叠加在一起后反映在仪器上的波形将会是乱的。多重反射的存在导致测试者无法将测试波形结果与DUT走线相对应，带来疑惑。

　　如果使用专用TDR软件，将原始的TDR测试波形按照反射的情况进行分段，通过解卷积（De-convolution/又称为去卷积）算法可纠正多重反射给测试带来的影响，还原真实的面貌。获得与DUT走线情况相符合的阻抗测试结果。图5是通过软件纠正多重反射之后的波形与原始波形的对比。

　　绿色波形是有明显的多重反射存在的测试波形，红色波形是经过软件纠正后的波形。从原始波形上看，我们根本无法找到被测试走线的终点，按照TDR测试的常识我们知道走线的终点表现在波形上应该是快速上升到无穷大，而绿色波形则完全无法找到走线的终点，令测试者无法讲测试结果与被测试走线的情况相对应，造成很大的误解。而经过软件纠正的红色波形，令测试者可以轻易的找到被测试走线的终点，将测试结果和被测试走线的情况对应起来。

　　小结

　　以往的系统上升时间为28ps的TDR设备在常见材质的DUT上分辨率已经达到2mm左右，完全适合于常规的测试应用，例如PCB板以及电缆的特征阻抗测试。当测试者需要获得更高分辨率需求时，不仅需要从探测的方式上让TDR测试设备发挥最大的效能，例如使用延伸电缆、Probe Station等，而且需要更高系统上升时间的TDR设备，从根本上提高系统测试分辨率。在很多高分辨率TDR的测试场合，多重反射现象是很常见的，使用TDR测试软件对含有多重反射的原始波形进行纠正，是非常有效的分析方法。