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利用TDR (时域反射计)测量传输延时

发布时间:2020-01-15 18:27    点击次数:134次   

  摘要:随着时钟速率的提高,利用高速示波器有源探头测量延时的传统方法很难获得准确结果。这些探头成为高速信号通路的一部分,并造成被测信号的失真,引入误差。探头还必须直接置于器件引脚,以消除PCB (印刷电路板)引线长度产生的延时误差,满足探头位置的这一要求是困难而复杂的过程。本文介绍了如何利用

  1.利用TDR (时域反射计)减小探头误差。TDR通常用来测量信号通路长度与阻抗变化的关系。TDR也是测量传输延2.时的重要工具。

  3.利用一个实例演示这一方法。本文将以MAX9979为例,该芯片为高速引脚电子电路,适合于ATE系统。芯片内部集成了双路高速驱动器、有源负载以及工作在1Gbps以上的窗比较器。

  TDR测试方法中,沿信号通路传输高速信号边沿,并观察其反射信号。反射能够说明信号通路的阻抗以及阻抗变化时信号延时的变化,TDR测试的简单示意图如图1所示:

  由于人们对TDR响应比较困惑,我们首先利用SPICE仿真器构建输入延时的模型。然后我们将仿真结果与实际测量进行比较,参见图4。

  2.NDATA1输出端接至地。由于DATA1和NDATA1对称,而且距离MAX9979引脚的长度相同,所以仅测量DATA1的PCB引线in电缆进行建模,但实际传输延时测量证明并不需要这一建模。

  a.第1级表示发生器的12in电缆。延时大约为3ns,是实际延时的两倍。实际电缆延时为1.5ns。

  c.其它延时为脉冲通过DATA1 PCB引线.Y轴反映了不同元件的阻抗,单位为伏特,可转换为阻抗。

  4.X轴为单次输入阶跃信号造成的模拟信号反射,参照图1对信号进行比较。这些信号的长度代表通过不同元件的延时。

  3.注意,这看起来很像图1中的“开路”示例。此处测得的延时为804ps,由于是两倍的电缆延时,所以电缆延时为402ps。

  4.还需注意的是,第2级阶跃实际为顶部和底部之间的一半。根据TDR原理,表示2in长度电缆实际阻抗为50。

  2.将NDATA1的SMA连接器通过SMA接地,从图4可以看出这一点。12in SMA电缆的长度与延时测量无关,但应尽可能短。

  3.无需对MAX9979EVKIT供电。该测量针对焊接到电路板上的MAX9979进行,但不需要上电。有些用户更喜欢使用没有焊接器件的电路板进行测量。断开MAX9979将产生更清晰的3级阶跃信号,仿线所示开路状态。两种配置下,实际时间测量结果相同。

  3.测量在信号的倾斜沿进行。这些倾斜沿代表电路板SMA和MAX9979 DATA1引脚的电容效应。因此,在这些倾斜沿之间进行测量能够确保测试结果包含了SMA和PIN延时。还需注意的是,波形中存在凸峰:这是SMA连接器与电路板之间的电感产生的。由此,需要在凸峰之前进行测量,以确保获取完整的电路板延时。进一步的TDR测量读数将突显这些电容和电感造成的倾斜沿和凸峰。

  2.DUT1延时是在两个倾斜沿之间进行测量得到的,与上述DATA1测量说明相同。然而,需要注意的是:这些倾斜沿之间的电平同样为50。该值表明较短的DUT1 PCB金属线.从上述内容得到DATA1引线,DUT1节点阻抗为50。这意味着DATA1输入的金属线输出的线宽窄。理想情况下,它们应该相同。TDR测量发现了这一差异,这不一定是系统错误。DUT1引线阻抗稍高是由于较窄的金属线造成的,但它同时也减小了DATA1金属线的电容。数据线是最长的引线,为了保证最宽频带的要求,该电容应尽小。

  4.DUT1的PCB延时很难测量,其阻抗与电缆相同。如果MAX9979没有焊接到电路板上,我们将看到“开路”状态的三级阶跃信号。但是,在焊接了MAX9979的条件下仍然可以测量到这一延时。通过检查电容效应产生的倾斜沿,可以看出SMA连接器在电路板的焊接位置以及MAX9979 DUT1引脚的位置。我们同样可以查看SMA连接器电感产生的凸峰,确认它处于两个倾斜沿之间。解决了这些问题,可以测得延时为360ps,将该值减半,得到实际DUT1 PCB电路板的延时,该延时为180ps。

  将DATA1和NDATA1信号连接至已上电的MAX9979EVKIT的DATA1/NDATA1输入。使用与第4步相同的电缆。按照传输延时测量技术资料的规定,将MAX9979设置为规定的0V至3V信号,并将输出端接至50。本例中,50负载为CSA8000输入,从图11获得的数据点显示:

  MAX9979技术指标中,这种配置下的标称延时为2.9ns。这里,我们可以得到焊接了MAX9979的*估板的延时为2.933ns,非常接近于预期值。

  5.阻抗测量保证正确的连接器和PCB引线.利用TDR信号能够分析信号通路的附加电容和电感,必要时可作为重新设计的反馈信息。

  随着信号速率的提高,时序测量的误差和错误会造成不正确的电路规划、器件选择及系统设计。高速测量中保持良好的方法能够避免亡羊补牢造成的损失。本文着重强调了这些良好的设计习惯。


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