时域反射计（TDR）原理
TDR，说白了就是给PCB传输线“做B超”。
你想想看，我们想知道一根走线的特性阻抗是不是50Ω，中间有没有断点，某段是不是阻抗突变。总不能拿万用表去量吧？高频信号下，这些参数都跟频率、时间有关，静态测量根本没用。
这时就得请出TDR。我刚开始做高速板时，看到TDR曲线一头雾水，后来被一个老外工程师按着头学了三天，才算摸到门槛。嗯，这里我给大家拆开来讲。
TDR工作原理
TDR的核心思想很简单：发射一个快速脉冲，再接收反射回来的信号。
流程是这样的——
- TDR仪器通过探头，向被测PCB走线发射一个上升沿极快的阶跃电压脉冲。
- 脉冲沿着走线向前传播。
- 如果走线的瞬时阻抗处处相等（比如50Ω），脉冲就一路走到终点，没有反射。
- 如果走线某处阻抗变了（比如变成40Ω或60Ω），一部分能量就会反射回来。
- 仪器捕捉反射波，通过时间差和反射幅度，算出阻抗变化的位置和大小。
我在项目中遇到过一块SFP+光模块的底板，量产的阻抗TDR曲线在某个连接器位置总有一个下凹。一开始以为是PCB厂做偏了，后来用TDR精准定位，发现是连接器焊盘参考层被挖空过多，导致瞬时阻抗偏低。你看，没有TDR，这种问题你查三天也找不到。
核心公式：
Z(t) = Z₀ × (1 + ρ(t)) / (1 – ρ(t))
其中Z₀是TDR系统的参考阻抗（通常50Ω），ρ(t)是随时间变化的反射系数。TDR仪器就是把这个公式实时算出来，显示成阻抗曲线。
我个人习惯把TDR曲线想象成“走线的心电图”。一条平坦的线，说明走线健康；有峰有谷，就是有病。阻抗偏高对应开路趋势，偏低对应短路趋势。
上升时间与分辨率
为什么TDR能看出很小的阻抗变化？关键就在脉冲的上升时间。
上升时间越短，分辨能力越强。道理不复杂——
- 上升时间（Tr）：脉冲从10%幅值上升到90%幅值的时间，单位是皮秒（ps）。
- 分辨率（Δd）：TDR能区分的两个阻抗变化点之间的最小距离。
估算公式：
Δd ≈ (Tr × Vp) / 2
其中：
Vp = 信号在介质中的传播速度
Vp = c / √εr
c = 光速（3×10⁸ m/s）
εr = PCB介质的相对介电常数
举个例子：FR4板材的εr大约4.0，Vp ≈ 1.5×10⁸ m/s。如果TDR的上升时间是35ps，分辨率大约是：
Δd = (35ps × 1.5×10⁸ m/s) / 2 = 2.625 mm也就说，两个距离在2.6mm以内的阻抗变化点，这个TDR是分不开的，在曲线上会合并成一个。
避坑指南： 我曾经碰到一个案例，用35ps上升时间的TDR测一条10Gbps走线，曲线看起来挺平。后来换用15ps上升时间的TDR重新测，发现了一段3mm长的阻抗偏低区域，正好是过孔残桩造成的。所以——
高速信号速率越高，你需要的TDR上升时间就越短。用100ps的TDR去测25Gbps的信号，基本等于睁眼瞎。
总结一下不同上升时间对应的实用分辨率：
| TDR上升时间（ps） | 理论分辨率（FR4，mm） | 适用信号速率 |
|---|---|---|
| 100 | 7.5 | ≤ 1 Gbps |
| 50 | 3.75 | ≤ 5 Gbps |
| 35 | 2.63 | ≤ 10 Gbps |
| 20 | 1.50 | ≤ 25 Gbps |
| 10 | 0.75 | ≥ 56 Gbps |
重要提醒： 别只看仪器标称的上升时间。探头、线缆、连接器的寄生参数会显著恶化实际到达PCB的上升时间。我建议你每次测试前，在被测板的最末端做一次开路短路校准，确认系统有效的上升时间是否达标。
反射系数
反射系数，符号是ρ（读作“柔”）。它描述的是：反射回来的能量占入射能量的比例。
公式很直接：
ρ = (Z_load – Z₀) / (Z_load + Z₀)
Z_load = 被测位置的瞬时阻抗
Z₀ = 参考阻抗（50Ω）
三种典型情况：
- Z_load = Z₀： ρ = 0，没有反射，完美匹配。
- Z_load = 无穷大（开路）： ρ = 1，全反射，同极性。
- Z_load = 0（短路）： ρ = -1，全反射，反极性。
在实际量产测试中，我们关心的是阻抗公差。比如一个标称50Ω的走线，要求±10%，那它的瞬时阻抗必须落在45Ω~55Ω之间。对应的反射系数范围是多少？
ρ_min = (45 – 50) / (45 + 50) = -5 / 95 ≈ -0.0526
ρ_max = (55 – 50) / (55 + 50) = 5 / 105 ≈ +0.0476
你就记住：反射系数值超过0.05，基本就超出10%公差了。我每次拿到阻抗测试报告，先扫一眼ρ值，比看Z值还快。
说到这儿，我自己带过一个小徒弟，他非要记一大堆公式的推导，我说你不用背，你理解这张图就够了——
我把上面这张图总结一下：左边是TDR一步步的工作流程，你跟着箭头走一遍就能记住；中间是5个核心参数，以及它们之间的纽带关系——分辨率由上升时间和传播速度共同决定；右边是反射系数的临界判断标准和选型底线。
量产测试中，我个人的操作经验：
- 拿到曲线先看平坦度：整段走线的阻抗偏差是否在±10%以内。
- 再看回损：如果反射系数ρ超过0.05，这块板子基本可以挂掉。
- 最后看上升时间：如果TDR曲线本身的上升沿变缓了，很可能探头接触不良或测试点有氧化。
嗯，关于TDR的原理，今天就讲到这里。你记住：TDR就是用时间换空间，用反射看匹配。上升时间决定了你能看多细，反射系数决定了阻抗偏差有多大。