高分辨率TDR測試以及應用

　　由于TDR測試模塊的體積較大，不方便手持探測，因此會(huì )使用一種類(lèi)似于機床那樣的設備將模塊固定，移動(dòng)DUT向TDR模塊靠攏完成探測。人們把這種類(lèi)似機床的裝置稱(chēng)為Probe Station。

　　使用TDR模塊延伸電纜和Probe Station能將現有的TDR設備性能發(fā)揮到極致，配合80E04 TDR模塊所能獲得測試的分辨率也只有2mm左右，仍然不能滿(mǎn)足高分辨率

TDR用戶(hù)的需求。

　　更高分辨率TDR的解決方案

　　要從根本上提高TDR測試的分辨率就必須尋找上升沿更快的階躍信號發(fā)生器和更高帶寬的取樣器。在此之前人們已經(jīng)找到了由多個(gè)獨立儀器所組成的解決方案。

　　在組合方案中，使用Picosecond公司高速階躍信號發(fā)生器（4022）配合泰克公司高帶寬取樣器80E06組合成一套高分辨率的TDR測試系統，見(jiàn)圖3。該測試系統由高速階躍信號發(fā)生器Picosecond 4022配合70GHz帶寬的取樣模塊80E06組成，標稱(chēng)的系統上升時(shí)間達到9ps，可獲得超高的TDR測試分辨率。

　　80E10高分辨率測試模塊

　 　雖然高分辨率TDR組合方案能獲得明顯高于原有80E04方案的測試分辨率，但是也存在一些問(wèn)題。例如：易用性問(wèn)題，組合方案離不開(kāi)繁雜的電纜連接，難以實(shí)現對DUT的探測；阻抗測量讀數問(wèn)題，組合方案在儀器上讀出的數值只能是電壓值而無(wú)法直接獲得阻抗值或者反射率值；測試儀器的補償、校準以及一致性問(wèn)題，組合方案的兩個(gè)組成部分來(lái)自不同的供應商，因此或多或少的存在儀器的溫度補償、校準以及一致性問(wèn)題。組合方案更像是科學(xué)研究用的設備而不是商品化測試設備。由單一的供應商實(shí)現一體化高分辨率TDR測量仍然是測試者所期望的。

　　最近Tektronix公司推出了全新的高分辨率TDR模塊80E10、80E08。其中80E10模塊的系統上升時(shí)間高達15ps（典型值）。

　　克服TDR測試中的多重反射

　　當測試者使用高分辨率TDR設備對芯片進(jìn)行失效分析或者是對高速的PCB背板進(jìn)行TDR測試時(shí)，可能會(huì )遇到芯片內部或者是PCB背板的各種復雜的走線(xiàn)情況所帶來(lái)的多重反射現象，從而給尋找短路/斷路點(diǎn)的位置帶來(lái)了很大的困難。多重反射的產(chǎn)生如圖4所示。

　　當被測試的走線(xiàn)上存在多個(gè)阻抗不連續點(diǎn)時(shí)，例如DUT的走線(xiàn)含有多個(gè)轉角或者穿層，那么信號在穿越每?jì)蓚€(gè)相鄰的阻抗不連續點(diǎn)時(shí)都會(huì )產(chǎn)生反射，所有的反射信號會(huì )疊加在一起后反映在儀器上的波形將會(huì )是亂的。多重反射的存在導致測試者無(wú)法將測試波形結果與DUT走線(xiàn)相對應，帶來(lái)疑惑。

　　如果使用專(zhuān)用TDR軟件，將原始的TDR測試波形按照反射的情況進(jìn)行分段，通過(guò)解卷積（De-convolution/又稱(chēng)為去卷積）算法可糾正多重反射給測試帶來(lái)的影響，還原真實(shí)的面貌。獲得與DUT走線(xiàn)情況相符合的阻抗測試結果。圖5是通過(guò)軟件糾正多重反射之后的波形與原始波形的對比。

　　綠色波形是有明顯的多重反射存在的測試波形，紅色波形是經(jīng)過(guò)軟件糾正后的波形。從原始波形上看，我們根本無(wú)法找到被測試走線(xiàn)的終點(diǎn)，按照TDR測試的常識我們知道走線(xiàn)的終點(diǎn)表現在波形上應該是快速上升到無(wú)窮大，而綠色波形則完全無(wú)法找到走線(xiàn)的終點(diǎn)，令測試者無(wú)法講測試結果與被測試走線(xiàn)的情況相對應，造成很大的誤解。而經(jīng)過(guò)軟件糾正的紅色波形，令測試者可以輕易的找到被測試走線(xiàn)的終點(diǎn)，將測試結果和被測試走線(xiàn)的情況對應起來(lái)。

　　小結

　　以往的系統上升時(shí)間為28ps的TDR設備在常見(jiàn)材質(zhì)的DUT上分辨率已經(jīng)達到2mm左右，完全適合于常規的測試應用，例如PCB板以及電纜的特征阻抗測試。當測試者需要獲得更高分辨率需求時(shí)，不僅需要從探測的方式上讓TDR測試設備發(fā)揮最大的效能，例如使用延伸電纜、Probe Station等，而且需要更高系統上升時(shí)間的TDR設備，從根本上提高系統測試分辨率。在很多高分辨率TDR的測試場(chǎng)合，多重反射現象是很常見(jiàn)的，使用TDR測試軟件對含有多重反射的原始波形進(jìn)行糾正，是非常有效的分析方法。