最近几年随着讯号发生的持续升级变更，数字通信标准的比特率也在迅速提升，例如最简单的消费类的USB 3.1的比特率竟然也达到 10Gbps；USB4更是达到40Gbps；比特率的提高使得在传统数字系统中不曾见过的问题都开始显现了出来；诸如反射和损耗的问题会造成数字信号失真，导致出现误码；另外由于保证器件正确工作的可接受时间裕量不断减少，信号路径上的时序偏差问题变得非常重要。杂散电容所产生的辐射电磁波和耦合会导致串扰，使器件工作出现错误；随着电路越来越小、越来越紧密，这一问题也就越来越明显；更糟糕的是，电源电压的降低将会导致信噪比降低，使器件的工作更容易受到噪声的影响；尽管这些问题增加了数字电路设计的难度，但是工程设计人员在缩短开发时间上受到的压力丝毫没有减轻；所以目前大部分线缆都开始需要测试高频参数，现有大部分厂商测试高频参数的仪器主要是NA和TDR，就是我们说的频域测试和时域测试，最新的E5071C已经将两者合二为一，今天我们就聊聊TDR，什么是TDR?TDR测试简述！
TDR时域反射技术原理
TDR是多个英文单词的缩写，包括：Time-Domain Reflectometry—时域反射技术，一种对反射波进行分析的遥控测量技术，在遥控位置掌握被测量物件的状况；此外，还有，time domain reflectometry（时-空反射测量）；
time-delay relay （时延继电器）；transmit data register（发送数据寄存器）等;TDR (Time Domain Reflectometry)时域反射技术的原理是，信号在某一传输路径传输，当传输路径中发生阻抗变化时，一部分信号会被反射，另一部分信号会继续沿传输路径传输。TDR是通过测量反射波的电压幅度，从而计算出阻抗的变化；同时，只要测量出反射点到信号输出点的时间值，就可以计算出传输路径中阻抗变化点的位置.
TDR时域反射计向被测电缆发送一个低压脉冲，并且在电缆内阻抗变化的情况下，都会看到反射。TDR时域反射计测量从反射释放到低压脉冲释放之间的时间。通过测量时间并知道脉冲的传播速度，便可以计算到反射的距离，从而得出电缆长度或者故障点距离。还可根据不同的发射波形判断电缆中可能出现的阻抗变化或故障类型的信息。
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TDR的纵轴坐标是阻抗？
TDR是从端口给电路输入一个台阶波，可是为何TDR的纵轴单位不是电压而是阻抗呢？是阻抗的话，为什么又能看出上升沿来呢？基于矢量网络分析仪(VNA)的 TDR进行哪些测量?
VNA是测量被测件 (DUT)频率响应的仪器，测量的时候给被测器件输入一个正弦波激励信号，然后通过计算输入信号与传输信号 (S21)或反射信号 (S11)之间的矢量幅度比下图得到测量结果;
在测量的频率范围内对输入的信号进行扫描就可以获得被测器件的频率响应特性; 在测量接收机中使用带通滤波器可以把噪声和不需要的信号从测量结果中去掉，提高测量精度；测试的特性阻抗是射频传输线影响信号电压、电流的幅值和相位变化的固有特性，等于各处的电压与电流的比值，用V/I表示。电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。例如同轴线的特性阻抗是50或75Ω；而常用非屏蔽双绞线的特性阻抗为100Ω，屏蔽双绞线的特性阻抗为150Ω.
查了一下资料，发现原来是TDR的仪器把反射波的电压幅度做了归一化，然后再等效成阻抗；反射系数ρ等于反射回来的电压除以输入电压；反射发生在阻抗不连续的地方，反射回来的电压与阻抗之差成正比，输入电压，与阻抗之和成正比。因此有下面的公式。因为TDR仪器的输出端口都是50欧姆的，所以Z0=50欧姆，这样可以算出Z，即为我们plot出来的TDR的阻抗曲线.
所以上面那张图，在信号入射初期看到的阻抗比50欧姆要小很多，上升沿斜率稳定，说明在信号向前传播的过程中，看到的阻抗跟走过的距离成正比，在这一段内，阻抗没有变化。我觉得这么说比较绕，就把它当作虽然经历了阻抗降低被吸了一把的上升沿，终于缓过来了，在后续的低阻抗的通路上，开始体现出一个上升沿的特点，持续上升中。然后阻抗超过了50欧姆，所以信号又overshoot了一下，然后慢慢回来，最后稳定在50欧姆，信号已经到达了对面的端口。
一般这种阻抗下降的区域，可以看做这里有一个对地的容性负载。阻抗突然变高的区域，可以看作这里串联了一个电感。
阻抗不连续的点的具体位置的计算
信号传播的距离，就等于信号在介质中的传输速度V，乘以信号的传输时间T，还要除以2。因为TDR测量的是reflection的信号，所以其实信号一去一回，已经走了两倍的模型的长度.
而信号在介质中的传播速度，等于光速C除以介电常数开根号；这样根据下边这个公式就可以算出具体在哪个点附近阻抗发生了变化。然后有针对性地调整模型的结构.
为了更具体的说明特性阻抗这个概念，我这里打一个比方：
有2根绝缘厚度一样的导线，2号线宽度是1号线的两倍。假如同时都接一样的射频发射源（两根线的输出射频电压是一样的），同样的一小段时间T，那么2号线需要1号线2倍的电量来填满多出的线宽面积(其实是导线铜皮与底面产生的电容效应)。也就是说：Q2=两倍的Q1。因为i = Q/T （射频电流=电量/时间），时间是一样的，那么可以知道2号线的射频电流是1号线的两倍。则2号线的特性阻抗只有1号线的一半。线越是宽，特性阻抗越小。
如果把传输线比作传输水的管道，糟糕的传输状况（类似传输线里的特性阻抗）会影响输出水流的速度，水管越窄，水的阻碍作用越大（特性阻抗大，通过的信号能量就小）；水管越宽、路况越好，通过的水流速度越快（通过的信号能量越多）。什么是电缆的特性阻抗？
导线只是传输能量的，导线本身并不消耗能量或者近似于不损耗能量。当射频信号到达导线末端，能量没有办法释放，就会沿着导线反传回来。就跟我们对着墙喊，声音碰到墙反传回来产生回音。假如我们在线的末端接上一个电阻，便可消耗（或者接收）线上传输过来的射频能量。高频参数基础篇03-串音参数
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三个模型的TDR长什么样？
假设有一根传输线，阻抗设计为50欧姆；当它的远端跟地之间是开路时，由于信号完全反射回来，因此电压幅度变成原来的两倍，如上图的红线所示。当它的远端通过50欧姆电阻接地，信号不发生反射，因此反射信号为0，看到的阻抗始终等于50欧姆。当远端直接接地时，信号在远端完全反射，但是方向跟入射波相反，因此幅度抵消变成0，如上如的绿线所示。
阻抗的图在远端开路时稍有区别，并不是最终测量的阻抗=2*50欧姆，而是等于开路电阻，趋向于无穷大.
学会了看TDR，就可以有针对性地解决S11很大的问题了；历史文章：【聊聊高频S参数基础知识】
其实TDR和S参数之间，是有换算的关系的。不过仍然非常不直观就是了。S参数，是模型的频域响应，TDR，是模型的时域响应。当我们画S参数时，实际上相当于给模型输入了无数个不同频率的正弦波。有了模型对于所有正弦信号的响应值之后，进行傅里叶反变换，就能得到时域上的冲激函数。当S参数的频带接近无穷大，冲激函数接近一个脉冲。当S参数的频带变窄时，冲激函数的宽度变大。把冲激函数积分，即可得到阶跃的TDR信号。所以当S参数的最大频率非常高时，体现在时域就成了非常陡峭的上升沿
我们发现有三种特殊情况：
■ 当R=R0时，传输过来的能量刚好被末端的电阻R吸收完，没有能量反射回去。可看成导线无线长。
■ 当R=∞时（开路），能量全部反射回去，而且在线的末端点会产生2倍于发射源的电压。
■ 当R=0时（短路），末端点会产生一个-1倍于源电压反射回去。
TDR在信号完整性SI(Signal Integrity)中的应用——Reflection(反射)
通过傅立叶逆变换得到的时域特性的时间分辨率和时间测量范围分别对应于最高测量频率的倒数和频率扫描间隔的倒数(图 5)。例如，若最高测量频率是 10GHz，则时间分辨率为 100ps。我们似乎可以认为通过不断缩小频率扫描的间隔就可以无限地扩大测量的时间范围，但事实上却存在限制。因为傅立叶逆变换中使用的频率数据在频域中必须是等距的，若扫描的频率间隔比VNA的最低测量频率还要小，那么就不能执行傅立叶逆变换。例如，如果 VNA的最低测量频率是100kHz，则在时域测量中能够得到的最大时间测量范围就是10 µs，对于 TDR的测量应用，这足够了.
时域参数 (时间分辨率和时间测量范围)与频域参数 (最大频率和扫描频率间隔)之间的关系
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