利用TDR (時(shí)域反射計)測量傳輸延時(shí)

作者：時(shí)間：2011-11-22 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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隨著(zhù)時(shí)鐘速率的提高，利用高速示波器有源探頭測量延時(shí)的傳統方法很難獲得準確結果。這些探頭成為高速信號通路的一部分，并造成被測信號的失真，引入誤差。探頭還必須直接置于器件引腳，以消除PCB (印刷電路板)引線(xiàn)長(cháng)度產(chǎn)生的延時(shí)誤差，滿(mǎn)足探頭位置的這一要求是困難而復雜的過(guò)程。本文介紹了如何利用TDR (時(shí)域反射計)測量降低探頭誤差的方法，有助于提高傳輸延時(shí)測量精度。

分析方法

本文基于以下三個(gè)前提：

利用TDR (時(shí)域反射計)減小探頭誤差。TDR通常用來(lái)測量信號通路長(cháng)度與阻抗變化的關(guān)系。TDR也是測量傳輸延時(shí)的重要工具。
避免直接探測。由于加載的原因，有源探頭會(huì )使測量變得復雜，并引入誤差。
利用一個(gè)實(shí)例演示這一方法。本文將以MAX9979為例，該芯片為高速引腳電子電路，適合于A(yíng)TE系統。芯片內部集成了雙路高速驅動(dòng)器、有源負載以及工作在1Gbps以上的窗比較器。

此處介紹的方法適用于任何高速器件。

TDR原理

TDR測試方法中，沿信號通路傳輸高速信號邊沿，并觀(guān)察其反射信號。反射能夠說(shuō)明信號通路的阻抗以及阻抗變化時(shí)信號延時(shí)的變化，TDR測試的簡(jiǎn)單示意圖如圖1所示。

利用TDR (時(shí)域反射計)測量傳輸延時(shí)
圖1. TDR原理，TDR測量基于反射系數ρ，其中ρ = (V_REFLECTED/V_INCIDENT)。最終，Z_O= ρ × (1 + ρ)/(1 - ρ)。

從圖1可以得到兩個(gè)重要概念：

T_DLY是我們將要測量的PCB (印刷電路板)引線(xiàn)延時(shí)。
Z_O是被測PCB引線(xiàn)的阻抗。

儀器和評估板

為了測量納秒級的延時(shí)，需要非?？斓拿}沖發(fā)生器、高速示波器以及高速探頭。我們也可以利用具有TDR測量功能的Tektronix? 8000 (圖2)系列示波器(TDS8000、CSA8000或CSA8200)，配合80E04 TDR采樣模塊使用。本文采用MAX9979EVKIT (評估板)、Hewlett Packard 8082A脈沖發(fā)生器和TDS8000/80E04進(jìn)行演示。圖3所示為MAX9979EVKIT部分電路?？梢赃x擇使用任何具有TDR功能的高速示波器和任何高速差分脈沖發(fā)生器，同樣能夠獲得相似結果。

利用TDR (時(shí)域反射計)測量傳輸延時(shí)
圖2. Tektronix TDS8000系列具有采樣模式的示波器

查看詳細圖片(PDF，2.2MB)
圖3. MAX9979EVKIT (部分)

分析中將進(jìn)行以下測量：

從PCB的SMA邊緣連接器DATA1/NDATA1至MAX9979 IC輸入引腳DATA1/NDATA1的延時(shí)。從MAX9979的DUT1 (被測器件)輸出通過(guò)SMA連接器J18的延時(shí)。
連接DUT1輸出至CSA8000的測試電纜延時(shí)。
從DATA1/NDATA1輸入至DUT1輸出，通過(guò)電纜到達CSA8000的總延時(shí)。
最后，計算MAX9979的實(shí)際延時(shí)。

DATA1/NDATA1輸入建模

由于人們對TDR響應比較困惑，我們首先利用SPICE仿真器構建輸入延時(shí)的模型。然后我們將仿真結果與實(shí)際測量進(jìn)行比較，參見(jiàn)圖4。

圖4. 等效輸入原理圖和最終仿真模型

圖4注釋?zhuān)?/P>

PCB引線(xiàn)設定為6in長(cháng)，阻抗為65Ω。實(shí)際上，這是DATA1/NDATA1 PCB引線(xiàn)的真實(shí)阻抗。理想情況下為50Ω，但我們從TDR測量結果將會(huì )看到該值為63Ω。
NDATA1輸出端接至地。由于DATA1和NDATA1對稱(chēng)，而且距離MAX9979引腳的長(cháng)度相同，所以?xún)H測量DATA1的PCB引線(xiàn)。
對信號發(fā)生器的12in電纜進(jìn)行建模，但實(shí)際傳輸延時(shí)測量證明并不需要這一建模。