高分辨率TDR測(cè)試以及應(yīng)用

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

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

TDR用戶的需求。

　　更高分辨率TDR的解決方案

　　要從根本上提高TDR測(cè)試的分辨率就必須尋找上升沿更快的階躍信號(hào)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(dú)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(hào)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(cè)試系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。該測(cè)試系統(tǒng)由高速階躍信號(hào)發(fā)生器Picosecond 4022配合70GHz帶寬的取樣模塊80E06組成，標(biāo)稱的系統(tǒng)上升時(shí)間達(dá)到9ps，可獲得超高的TDR測(cè)試分辨率。

　　80E10高分辨率測(cè)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(cè)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(xiàn)對(duì)DUT的探測(cè)；阻抗測(cè)量讀數(shù)問(wèn)題，組合方案在儀器上讀出的數(shù)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(cè)試儀器的補(bǔ)償、校準(zhǔn)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(yīng)商，因此或多或少的存在儀器的溫度補(bǔ)償、校準(zhǔn)以及一致性問(wèn)題。組合方案更像是科學(xué)研究用的設(shè)備而不是商品化測(cè)試設(shè)備。由單一的供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)一體化高分辨率TDR測(cè)量仍然是測(cè)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(tǒng)上升時(shí)間高達(dá)15ps（典型值）。

　　克服TDR測(cè)試中的多重反射

　　當(dāng)測(cè)試者使用高分辨率TDR設(shè)備對(duì)芯片進(jìn)行失效分析或者是對(duì)高速的PCB背板進(jìn)行TDR測(cè)試時(shí)，可能會(huì)遇到芯片內(nèi)部或者是PCB背板的各種復(fù)雜的走線情況所帶來(lái)的多重反射現(xiàn)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(dāng)被測(cè)試的走線上存在多個(gè)阻抗不連續(xù)點(diǎn)時(shí)，例如DUT的走線含有多個(gè)轉(zhuǎn)角或者穿層，那么信號(hào)在穿越每?jī)蓚€(gè)相鄰的阻抗不連續(xù)點(diǎn)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生反射，所有的反射信號(hào)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(dǎo)致測(cè)試者無(wú)法將測(cè)試波形結(jié)果與DUT走線相對(duì)應(yīng)，帶來(lái)疑惑。

　　如果使用專用TDR軟件，將原始的TDR測(cè)試波形按照反射的情況進(jìn)行分段，通過(guò)解卷積（De-convolution/又稱為去卷積）算法可糾正多重反射給測(cè)試帶來(lái)的影響，還原真實(shí)的面貌。獲得與DUT走線情況相符合的阻抗測(cè)試結(jié)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(duì)比。

　　綠色波形是有明顯的多重反射存在的測(cè)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(cè)試走線的終點(diǎn)，按照TDR測(cè)試的常識(shí)我們知道走線的終點(diǎn)表現(xiàn)在波形上應(yīng)該是快速上升到無(wú)窮大，而綠色波形則完全無(wú)法找到走線的終點(diǎn)，令測(cè)試者無(wú)法講測(cè)試結(jié)果與被測(cè)試走線的情況相對(duì)應(yīng)，造成很大的誤解。而經(jīng)過(guò)軟件糾正的紅色波形，令測(cè)試者可以輕易的找到被測(cè)試走線的終點(diǎn)，將測(cè)試結(jié)果和被測(cè)試走線的情況對(duì)應(yīng)起來(lái)。

　　小結(jié)

　　以往的系統(tǒng)上升時(shí)間為28ps的TDR設(shè)備在常見(jiàn)材質(zhì)的DUT上分辨率已經(jīng)達(dá)到2mm左右，完全適合于常規(guī)的測(cè)試應(yīng)用，例如PCB板以及電纜的特征阻抗測(cè)試。當(dāng)測(cè)試者需要獲得更高分辨率需求時(shí)，不僅需要從探測(cè)的方式上讓TDR測(cè)試設(shè)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(tǒng)上升時(shí)間的TDR設(shè)備，從根本上提高系統(tǒng)測(cè)試分辨率。在很多高分辨率TDR的測(cè)試場(chǎng)合，多重反射現(xiàn)象是很常見(jiàn)的，使用TDR測(cè)試軟件對(duì)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。