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TDR也就是時(shí)域反射（Time-domain reflectometer），它可以通過(guò)觀察導(dǎo)線中反射回來(lái)的電信號(hào)波形對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，或者對(duì)傳輸導(dǎo)線的阻抗特性進(jìn)行分析評(píng)估。 我們經(jīng)常會(huì)碰到的TDR的典型應(yīng)用一種是檢測(cè)地下鋪設(shè)的電纜的故障點(diǎn)位置，還有就是PCB高速信號(hào)走線的阻抗匹配分析。我們使用LOTO示波器的OSCH02型號(hào)，利用一些簡(jiǎn)單的隨手可以找到的材料，測(cè)試一下電線的長(zhǎng)度，演示一下TDR的原理和實(shí)測(cè)效果，以便大家直觀理解。
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2021-12-9 15:00 上傳
就像一條水渠，如果充足的一股水流突然從水渠的入口涌進(jìn)來(lái)，水波沿著水渠向前傳播，當(dāng)傳到水渠的盡頭沒(méi)有渠道可以繼續(xù)前行的話，會(huì)激起一個(gè)反彈的水波，又沿著水渠原路反向傳回來(lái)。我們?cè)谒拈_(kāi)頭會(huì)檢測(cè)到這個(gè)回波。從水流涌入水渠入口，到水渠入口檢測(cè)到反彈的回波，這個(gè)時(shí)間差乘以水流速度就是渠道長(zhǎng)度的2倍。電信號(hào)在導(dǎo)體中傳播是類(lèi)似的道理。
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2021-12-9 15:01 上傳
如圖所示，我們先不接被測(cè)線纜，直接測(cè)一個(gè)陡峭的上升沿信號(hào)，會(huì)在示波器上得到一個(gè)簡(jiǎn)單的上升沿波形。圖中我們用的是一個(gè)400K的方波信號(hào)，這個(gè)邊沿不是特別陡峭，不過(guò)還可以，也是我這邊最方便得到的一個(gè)階躍上升沿。真正要做專(zhuān)業(yè)點(diǎn)的TDR測(cè)試，是需要用更陡峭的邊沿的，至少使用快速階躍二極管做一個(gè)陡峭邊沿。
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2021-12-9 15:01 上傳
我們把被測(cè)電線接上去對(duì)比下波形。我們找到了一段電線，里面有黑紅綠白4芯，整體長(zhǎng)5.86米。
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2021-12-9 15:01 上傳
我們把導(dǎo)線倆倆串聯(lián)起來(lái)，這樣就相當(dāng)于11.92米的傳輸線長(zhǎng)度，我們把線接入BNC轉(zhuǎn)接頭，直接連接到信號(hào)源端，同時(shí)示波器也并聯(lián)上來(lái)。
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2021-12-9 15:01 上傳
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2021-12-9 15:01 上傳
我們來(lái)看下整體的接線情況：
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2021-12-9 15:02 上傳
我們會(huì)看到，這樣接了傳輸導(dǎo)線后，原來(lái)簡(jiǎn)單的上升沿變成了階梯狀：
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2021-12-9 15:02 上傳
圖中垂直光標(biāo)a處是上升沿信號(hào)從傳輸線一端加入時(shí)，示波器測(cè)到的，垂直光標(biāo)b處是信號(hào)從傳輸線盡頭反彈回來(lái)后在示波器端測(cè)到的，所以ab之間的時(shí)間差，就是電信號(hào)跑完傳輸線一個(gè)來(lái)回的時(shí)間。
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2021-12-9 15:02 上傳
測(cè)得這個(gè)時(shí)間差是133ns左右。電信號(hào)在導(dǎo)體介質(zhì)中的理論傳播速度是光速。實(shí)際上不同的絞線方式和絕緣介質(zhì)，會(huì)有不同的系數(shù)，并不真正達(dá)到光速。比如雙絞線，平行線，同軸線，都會(huì)不同，一般系數(shù)是0.6到0.9之間。我并不知道我手里這根線的具體材質(zhì)和系數(shù)，只能大概預(yù)估一下。這個(gè)線材比較便宜，質(zhì)量一般，所以傳輸損耗應(yīng)該屬于比較大的一類(lèi)，因此取比較低的系數(shù)0.6。
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2021-12-9 15:02 上傳
傳輸線的長(zhǎng)度= （133ns* 30 0000千米/秒*0.6）/2 = 11.97米。跟我們事先手動(dòng)測(cè)量的11.92米非常接近。我們目前使用的是250M采樣率，所以測(cè)量的分辨率大概是4ns左右。采樣率越高，時(shí)間差的測(cè)量分辨率越高。在測(cè)量公里級(jí)的真正電纜故障點(diǎn)的時(shí)候，其實(shí)由于反彈回來(lái)的信號(hào)邊沿時(shí)間更長(zhǎng)，也可以使用小一點(diǎn)的采樣率。 也有其他示波器的小伙伴測(cè)出了類(lèi)似結(jié)果：
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2021-12-9 15:03 上傳
這就是簡(jiǎn)單的TDR應(yīng)用案例。在鋪設(shè)電纜出線故障的時(shí)候，也就是利用這個(gè)案例的原理，在電纜的一段輸入階躍邊沿信號(hào)，檢測(cè)回波的時(shí)間差從而算出反射點(diǎn)到輸入端的距離，于是就知道了電纜故障點(diǎn)的具體位置了。要做到更專(zhuān)業(yè)的TDR，我們需要更陡峭的上升邊沿信號(hào)作為激勵(lì)，也需要更高的采樣率提高精度，本文只是拋磚引玉給大家直觀展示，大家可以自行研究嘗試。
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