1、TDR時域反射技術(shù)原理

TDR (Time Domain Reflectometry)時域反射技術(shù)的原理是，信號在某一傳輸路徑傳輸，當(dāng)傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，一部分信號會被反射，另一部分信號會繼續(xù)沿傳輸路徑傳輸。TDR是通過測量反射波的電壓幅度，從而計算出阻抗的變化；同時，只要測量出反射點(diǎn)到信號輸出點(diǎn)的時間值，就可以計算出傳輸路徑中阻抗變化點(diǎn)的位置。

TDR(Time Domain Reflectometry)即時域反射技術(shù)，是一種對反射波進(jìn)行分析的測量技術(shù)，主要用于測量傳輸線的特性阻抗，其主要設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)分析儀。TDR的測試原理是通過向傳輸路徑中發(fā)送一個脈沖或階躍信號，當(dāng)傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，部分能量會被反射，其余能量繼續(xù)傳輸。當(dāng)知道發(fā)射波的幅度并測量反射波的幅度時，則可以計算出路徑中阻抗的變化。且通過測量發(fā)射到反射波回到發(fā)射點(diǎn)的時間差，還可以計算阻抗變化的相位。根據(jù)反射原理，可以獲得待測位置的阻抗Z=Zref(1+ρ)/(1-ρ)，ρ為發(fā)射系數(shù)，ρ=Vreflected/Vincident，Vreflected及Vincident 分別為反射波幅度及入射波幅度，Zref為TDR的輸出阻抗，通常為50ohm標(biāo)準(zhǔn)電阻。從式中可以看出，當(dāng)ρ=1時，待測位置阻抗為∞，則該位置開路，當(dāng)ρ=-1時，待測位置阻抗為0，則說明其短路。（本文僅對開短路原理進(jìn)行講解，其余阻抗相關(guān)原理略）

    利用上述原理，可以對需要破壞才能確認(rèn)的失效點(diǎn)進(jìn)行初步的位置判斷。例如芯片內(nèi)部失效或者芯片焊點(diǎn)失效這種情況（取下芯片則破壞焊點(diǎn)，切片焊點(diǎn)則破壞芯片）以及超大樣品某一具體位置失效這類問題。前者在具體分析時因不易判斷具體失效點(diǎn)（焊點(diǎn)或芯片）而使得分析的難度加大，而后者主要難度則是花費(fèi)很大時間及精力在尋找具體的失效點(diǎn)的位置上。以下介紹兩個案例來幫助讀者理解TDR在失效分析中快速定位作用。

如果把傳輸線比作交通運(yùn)輸線，糟糕的路況（類似傳輸線里的特性阻抗）會影響運(yùn)輸車隊的速度，路越窄，路的阻礙作用越大（特性阻抗大，通過的信號能量就小）；路越寬、路況越好，通過的車隊速度越快（通過的信號能量越多）。

導(dǎo)線只是傳輸能量的，導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量。當(dāng)射頻信號到達(dá)導(dǎo)線末端，能量沒有辦法釋放，就會沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊，聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音。假如我們在線的末端接上一個電阻，便可消耗（或者接收）線上傳輸過來的射頻能量。

我們發(fā)現(xiàn)有三種特殊情況：

■ 當(dāng)R=R0時，傳輸過來的能量剛好被末端的電阻R吸收完，沒有能量反射回去。可看成導(dǎo)線無線長。

■ 當(dāng)R=∞時（開路），能量全部反射回去，而且在線的末端點(diǎn)會產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。

■ 當(dāng)R=0時（短路），末端點(diǎn)會產(chǎn)生一個-1倍于源電壓反射回去。

  TDR可以用來測試傳輸線上的開路、短路以及相鄰傳輸線間的串?dāng)_。在光傳輸系統(tǒng)的維護(hù)中，可以用光時域反射計來檢測光纖的斷裂等故障，也是基于這一原理。

    下圖中是一個終端開路TDR圖樣，其中橫坐標(biāo)是時間，縱坐標(biāo)是幅度，也可以是反射系數(shù)ρ. 

下圖其中ρ是反射系數(shù)，Z0是參考阻抗(一般為50 50ohm ohm ohm，由測試系統(tǒng)決定)，Z是待測阻抗。由此儀器可以計算顯示出傳輸線各個點(diǎn)的阻抗，從而可以在儀器的屏幕上顯示一條TDR 曲線，曲線的每一點(diǎn)對應(yīng)傳輸線上的每一點(diǎn)的反射系數(shù)或特征阻抗。

   當(dāng)傳輸線上存在寄生電容、電感(如過孔)時，在TDR 曲線上可以反映出寄生參數(shù)引起的阻抗不連續(xù)，而且這些阻抗不連續(xù)曲線可以等效為電容、電感或其組合的模型，因而TDR 也可以用來進(jìn)行互連建模。

2、案例

    案例1：區(qū)分失效為芯片內(nèi)部問題還是焊點(diǎn)問題。接收態(tài)樣品包括光板、良品板、失效板。通過對光板、良品板、失效板失效的鏈路分別進(jìn)行TDR測試，并與空載曲線進(jìn)行對比，從圖中可以看出，失效樣品的曲線并未像正常樣品一樣信號進(jìn)入到芯片內(nèi)部，而是與光板的曲線一樣，到了焊盤附近就出現(xiàn)開路的現(xiàn)象。因此可以判斷開路的失效點(diǎn)是在焊盤的附近，即可能是焊點(diǎn)或焊盤走線的問題，而不是芯片內(nèi)部的問題，進(jìn)一步對焊點(diǎn)進(jìn)行切片，通過切片可以觀察到該鏈路焊點(diǎn)底部存在開裂異常。

    案例2：定位超大失效樣品內(nèi)具體的失效位置。送檢樣品尺寸500mm*300mm，失效鏈路總長度約400mm，通過TDR從失效鏈路的兩端分別進(jìn)行測試，獲得開路時間分別為1.79ns及2.94ns，換算可以獲得開路點(diǎn)距離兩端分別是151mm及249mm位置上，結(jié)合PCB布線圖對所定位的位置進(jìn)行X-Ray局部放大觀察，可以發(fā)現(xiàn)該位置存在走線斷裂的情況，而沒有TDR定位的情況下，僅采用X-Ray放大觀察整段線路將會耗費(fèi)很長時間。而且如果不注意X-Ray襯度調(diào)節(jié)的情況下，很難明顯的觀察到微裂紋的存在。

本文整理自

《淺談TDR在失效定位中的應(yīng)用》廣州賽寶-林治 信號完整性 公眾號

《總算有人講明白了什么是TDR時域反射計》德國GMC高美測儀