本文档是一份应用笔记，主题为使用时域反射仪（TDR）进行阻抗测量，以确保数字系统中的信号完整性。

·  信号完整性的重要性：随着系统时钟和数据速率的不断提高，信号完整性变得越来越重要。阻抗测量已成为几乎所有高速设计项目的一部分，因为信号必须通过的环境（电缆、连接器、封装引线和电路板走线）的阻抗是信号完整性的一个关键预测指标。

时间域反射测量（TDR）是一种测量信号在传输环境中传播时产生的反射的技术。TDR通过发送一个脉冲信号，并比较从未知传输环境返回的反射与标准阻抗产生的反射来分析信号传输环境。TDR测量基于一系列阻抗比率，其数学基础是反射系数ρ（rho），该系数是反射脉冲幅度与入射脉冲幅度的比率。当负载阻抗ZL与传输线特性阻抗ZO相匹配时，反射系数ρ为0，表示没有反射。当ZL为零时，表示短路，反射系数ρ为-1；当ZL为无穷大时，表示开路，反射系数ρ为+1。TDR测量可以用来分析电路板走线、电缆、连接器等传输介质中的阻抗变化。

要计算传输线和负载的阻抗，可以使用反射系数（ρ）的公式。反射系数是反射脉冲幅度与入射脉冲幅度的比值。对于一个固定的负载阻抗ZL，反射系数ρ也可以用传输线特性阻抗ZO和负载阻抗ZL来表示。具体公式如下：

$$ ρ = \frac{V_{reflected}}{V_{incident}} = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} $$

其中：
- $ V_{reflected} $ 是反射波的电压幅度。
- $ V_{incident} $ 是入射波的电压幅度。
- $ Z_L $ 是负载阻抗。
- $ Z_0 $ 是传输线的特性阻抗。

例如，如果负载阻抗 $ Z_L $ 等于传输线特性阻抗 $ Z_0 $，则负载匹配，反射系数 $ ρ $ 为0，表示没有反射。如果负载阻抗 $ Z_L $ 为零，表示短路，反射系数 $ ρ $ 为-1。如果负载阻抗 $ Z_L $ 为无穷大，表示开路，反射系数 $ ρ $ 为+1。

通过测量反射系数，可以进一步计算出负载阻抗 $ Z_L $：

$$ Z_L = Z_0 \times \frac{1 + ρ}{1 - ρ} $$

在实际应用中，TDR仪器通常会自动进行这些计算，并直接显示阻抗值（以欧姆为单位）。

在使用TDR（时域反射测量）技术进行信号完整性分析时，互连的准确性和反射是需要特别关注的因素。互连的准确性主要受到测试设备的探头电缆长度和质量的影响。如果使用了较长的探头电缆，为了减少电缆损耗对测量准确性的影响，建议将待测设备（DUT）的阻抗与电缆末端进行比较测量。然而，电缆的阻抗会直接影响测量结果，参考水平会受到电缆的反射系数（ρcable）的影响，而到达DUT的步进幅度将变为（1 - |ρcable|）。为了获得最大准确性，可以测量这些参数并计算其阻抗。

此外，互连组件和探头到DUT接口的反射也可能导致问题。探头接口可能产生较大的感性反射，这需要在进行准确测量之前先稳定下来。为了最小化这些问题，非常重要的是要保持探针尖端和接地引线尽可能短。

在测试设置中，电缆损耗也可能导致几个问题。虽然导体损耗和介质损耗都可能发生，但导体损耗通常占主导地位。导体损耗是由电缆中金属导体的有限电阻引起的，由于皮肤效应，随着频率的增加而增加。这种增量串联电阻导致随着你向电缆内部看去，阻抗似乎增加。因此，使用长测试电缆时，DUT的阻抗看起来比实际值要高。

为了减少导体损耗，可以使用延长电缆将采样头靠近DUT。如果无法做到这一点，可以使用比较反射技术来解决这个问题。例如，用已知标准阻抗的空气线替换DUT，测量实际阻抗读数。这个测量提供了一个偏移值，用于后续测量DUT时的校正。

通过这些方法，可以提高TDR测量的绝对准确性。

差分TDR测量的设置包括连接待测设备（DUT），打开TDR波形并创建差分步进脉冲，定位感兴趣区域，调整偏移量，创建差分滤波波形，使用自动测量验证公差水平。在USB 2.0设备的阻抗测量中，差分TDR测量可以验证DUT是否符合USB 2.0规范。