高分辨率TDR測試以及應用

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

　　使用TDR模塊延伸電纜和Probe Station能將現(xiàn)有的TDR設備性能發(fā)揮到極致，配合80E04 TDR模塊所能獲得測試的分辨率也只有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測試的分辨率就必須尋找上升沿更快的階躍信號發(fā)生器和更高帶寬的取樣器。在此之前人們已經(jīng)找到了由多個獨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測試系統(tǒng)，見圖3。該測試系統(tǒng)由高速階躍信號發(fā)生器Picosecond 4022配合70GHz帶寬的取樣模塊80E06組成，標稱的系統(tǒng)上升時間達到9ps，可獲得超高的TDR測試分辨率。

　　80E10高分辨率測試模塊

　 　雖然高分辨率TDR組合方案能獲得明顯高于原有80E04方案的測試分辨率，但是也存在一些問題。例如：易用性問題，組合方案離不開繁雜的電纜連接，難以實現(xiàn)對DUT的探測；阻抗測量讀數(shù)問題，組合方案在儀器上讀出的數(shù)值只能是電壓值而無法直接獲得阻抗值或者反射率值；測試儀器的補償、校準以及一致性問題，組合方案的兩個組成部分來自不同的供應商，因此或多或少的存在儀器的溫度補償、校準以及一致性問題。組合方案更像是科學研究用的設備而不是商品化測試設備。由單一的供應商實現(xiàn)一體化高分辨率TDR測量仍然是測試者所期望的。

　　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)上升時間高達15ps（典型值）。

　　克服TDR測試中的多重反射

　　當測試者使用高分辨率TDR設備對芯片進行失效分析或者是對高速的PCB背板進行TDR測試時，可能會遇到芯片內部或者是PCB背板的各種復雜的走線情況所帶來的多重反射現(xiàn)象，從而給尋找短路/斷路點的位置帶來了很大的困難。多重反射的產(chǎn)生如圖4所示。

　　當被測試的走線上存在多個阻抗不連續(xù)點時，例如DUT的走線含有多個轉角或者穿層，那么信號在穿越每兩個相鄰的阻抗不連續(xù)點時都會產(chǎn)生反射，所有的反射信號會疊加在一起后反映在儀器上的波形將會是亂的。多重反射的存在導致測試者無法將測試波形結果與DUT走線相對應，帶來疑惑。

　　如果使用專用TDR軟件，將原始的TDR測試波形按照反射的情況進行分段，通過解卷積（De-convolution/又稱為去卷積）算法可糾正多重反射給測試帶來的影響，還原真實的面貌。獲得與DUT走線情況相符合的阻抗測試結果。圖5是通過軟件糾正多重反射之后的波形與原始波形的對比。

　　綠色波形是有明顯的多重反射存在的測試波形，紅色波形是經(jīng)過軟件糾正后的波形。從原始波形上看，我們根本無法找到被測試走線的終點，按照TDR測試的常識我們知道走線的終點表現(xiàn)在波形上應該是快速上升到無窮大，而綠色波形則完全無法找到走線的終點，令測試者無法講測試結果與被測試走線的情況相對應，造成很大的誤解。而經(jīng)過軟件糾正的紅色波形，令測試者可以輕易的找到被測試走線的終點，將測試結果和被測試走線的情況對應起來。

　　小結

　　以往的系統(tǒng)上升時間為28ps的TDR設備在常見材質的DUT上分辨率已經(jīng)達到2mm左右，完全適合于常規(guī)的測試應用，例如PCB板以及電纜的特征阻抗測試。當測試者需要獲得更高分辨率需求時，不僅需要從探測的方式上讓TDR測試設備發(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)上升時間的TDR設備，從根本上提高系統(tǒng)測試分辨率。在很多高分辨率TDR的測試場合，多重反射現(xiàn)象是很常見的，使用TDR測試軟件對含有多重反射的原始波形進行糾正，是非常有效的分析方法。