1、TDR概述与原理

什么是不连续？

信号在传输线上跑，就像快递在高速路上开。路况好，一路畅通。路况变了，快递就得减速或者绕道。信号也一样，遇到走线宽度变化、过孔、阻抗不连续点，一部分能量就被弹回来。这就是反射。

TDR，时域反射计，干的活儿就是用这个反射来反推传输线上阻抗变化的位置和程度。说白了，发射一个快沿脉冲，等反射回去，量一下时长和幅度，就能算出哪儿有问题，问题多大。

我记得刚入行那会儿，一个同事调了3天的高速PCB，眼图就是不过。测TDR才发现，是一个过孔的返回路径被切断了，导致局部阻抗偏低。剥开看，果然。

TDR的核心原理

把TDR看成一个雷达，给传输线送一个阶跃或者脉冲信号。信号沿线走，每碰到一个阻抗变化点，就有一部分能量反射回来。反射回去的时间和距离成正比，反射系数的大小和极性能算出差了多少阻抗。

反射系数Γ，计算公式很简单：

Γ = (Z_load - Z_0) / (Z_load + Z_0)

Z₀是传输线的特性阻抗，Z_load是那个不连续点的阻抗。Γ为正，说明Z_load > Z₀，阻抗高了。Γ为负，说明Z_load < Z₀，阻抗低了。

为什么这很重要？你想想看，数字信号的上升沿只有几十皮秒，一个短促的反射就可能让逻辑电平错判，或者让眼图闭合。尤其在DDR5、PCIe Gen5这种高速总线上，阻抗偏差超过±10%，整个系统可能就不工作了。

我见过最夸张的一个案例：板子从预审到小批量都测了TDR，都没事。量产第三周，来了一大批不良品。后来用TDR定位到一段微带走线下面PCB板材的介电常数有批次性漂移。要不是TDR能精确到毫米级定位，这锅还真不好甩。

传输线理论基础

TDR测的就是传输线的特性。传输线两个核心参数：特性阻抗Z₀和传播延迟。对于PCB上的微带线：

Z₀ ≈ (87 / √(ε_r + 1.41)) * ln(5.98 * H / (0.8 * W + T))

ε_r是介电常数，H是介质厚度，W是线宽，T是铜厚。这个公式估算误差在5%以内，快速概念验证够用了。

实操时我有几个建议：

• 匹配端接是最基本的，但也最容易出问题。我在培训时经常说——先看你的端接电阻有没有焊好，很多古怪的反射就是这儿闹的。
• 参考平面不能断。走线跨分割区，等于特性阻抗突然变高了40-50Ω。这种反射到了DDR的地址线上，直接导致建立时间不够。
• 注意信号上升沿时间。TDR的分辨力受限于脉冲上升沿速度。25ps的上升沿能分辨大约5mm的缺陷。上升沿越陡，能看到的缺陷越细微。

TDR能告诉我们什么？

一个典型的TDR反射波形能回答几个问题：

1. 位置：反射脉冲回到入射端的时间差t，乘以速度v，再除以2，就是缺陷到端的距离。
2. 性质：反射的极性是正还是负，告诉你缺陷是阻抗高还是低。
3. 程度：反射系数的幅度，告诉你缺陷严重的程度。
4. 长度：反射脉冲或者台阶的宽度，告诉你缺陷沿着走线的长度。

举个例子，一条50Ω的走线，如果中间出现一个局部短路(0Ω)，TDR会看到一个强烈的负反射，反射系数Γ = (0 - 50)/(0 + 50) = -1。你知道反射的传播时间之后，用简单的公式就能算出短路点离端口多远。

TDR测试系统的基本构成

一个TDR系统，看起来不复杂，但每个部分都很关键：

• 阶跃/脉冲发生器：产生快沿信号，典型上升时间在15ps到70ps之间。
• 定向耦合器或采样头：把入射信号和反射信号分开，让采样电路只看到反射。
• 高带宽示波器：捕获反射波形的采样点，时间分辨率要足够高。
• 探针/夹具：连接被测件，也叫DUT。夹具的寄生参数会直接影响测量结果。

好的TDR校准需要做开路、短路、负载三项校准，能把探针和夹具的寄生效应去掉一点儿。我个人习惯是在每批次测试前都做一次完整校准，即使只是换了一根同轴电缆。

下面这张图展示了TDR系统的工作流程和信号走向：

TDR能测什么，不能测什么

能测	不能测
单端传输线阻抗曲线	逻辑电平值或信号幅度
差分线对内偏差	信号完整性的眼图张开度
过孔、连接器、焊盘的阻抗变化	直接测量串扰耦合
线缆和走线的长度	电源完整性的PDN阻抗
返回路径中断位置	电磁辐射的场强

测TDR的时候，尽量让被测件处于和真实工作相同的状态。比如电源平面要接地，相邻层不要浮动。否则测出来的阻抗和实际工作时不一样，导致优化方向错了。

嗯，这一章的内容基本就是这个样子了。TDR的原理不复杂，但实操里陷阱很多。我记得头一回自己搭TDR测试台，测了一条10cm的微带线，怎么都看不到反射。后来一查，是触发点设错了。这种细节你得多动手才能真的掌握。