時域網絡分析儀（TDNA）通過時域反射/透射（TDR/TDT）技術，直接測量信（xìn）號（hào）在傳輸路徑中（zhōng）的時延、阻抗、損（sǔn）耗及（jí）反（fǎn）射事件（jiàn），適用於高速信號完整性分析、PCB/連接器表征、天線時域響應等場景。以下從核心參數（shù）解析、典型波形分析、多（duō）域關聯驗證三個維度，係統梳理TDNA數據的解讀方法。
一（yī）、TDNA核心參數解析
1. 阻抗（Z）
- 物理意義（yì）：表（biǎo）征傳輸路徑的瞬（shùn）態特性，反映信號感受到的等效電阻。
- 關（guān）鍵指標：
- 特征阻抗（Z₀）：傳（chuán）輸（shū）線無（wú）反射時的阻抗（kàng）（如PCB微帶線理想值為50Ω）。
- 瞬態阻抗（Z_inst）：TDR波形中某點的（de）瞬（shùn）時阻抗值（受（shòu）反射、不（bú）連續性影響）。
- 典型波形：
- 均勻（yún）傳輸線：TDR波形為穩（wěn）定平台（如50Ω±1Ω）。
- 阻抗突變：波形出現台階（如過孔導致阻抗從50Ω升至60Ω）。
- 分析方法：
- 穩（wěn）態值讀取：取波形10%~90%上（shàng）升沿後的穩定值（避免（miǎn）探頭電容引起的初始（shǐ）尖峰（fēng））。
- 突變點定位：通過時標計算不連續點位置（如（rú）Δt=200ps對應ΔL=3cm，光速按2×10⁸m/s）。
2. 時（shí）延（yán）（Td）
- 物理意義：信號從（cóng）輸入（rù）端到觀測（cè）點的傳播時（shí）間，反映傳輸路（lù）徑的（de）物理長度。
- 關鍵指標：
- 單端時延：信號在單根傳輸線中的（de）傳播時間（如PCB走線時延1.6ns/m）。
- 差分時延（Skew）：差分對兩（liǎng）路信號的時延差（如±50ps以內為合格）。
- 典型波形（xíng）：
- 直（zhí）通路徑：單次反射波形（xíng），時（shí）延對應路徑長度。
- 多次反射：多（duō）台階波形，時延差反映分支或耦合結（jié）構。
- 分（fèn）析方法：
- 絕對時延：測量波（bō）形起點到事件點的時標（如連接器（qì）時延1.2ns）。
- 相對時延：對（duì）比差分對（duì）兩路信號的時延差（如USB4要求Skew<±20ps）。
3. 損耗（Loss）
- 物理意義：信號在傳輸路徑中的能量衰減，分（fèn）為導體損耗（αc）和介質（zhì）損耗（αd）。
- 關鍵指標：
- 插入損（sǔn）耗（IL）：輸出信號幅度與輸入信號幅度的比值（zhí）（單位：dB）。
- 回波損耗（RL）：反（fǎn）射信號幅度與輸入信（xìn）號幅度的比值（單位：dB）。
- 典型波形：
- 低（dī）頻段：IL∝√f（導體損耗主（zhǔ）導，如趨膚效應導致高頻電阻（zǔ）增加）。
- 高頻段：IL∝f（介質損耗主導，如FR4板材的（de）Df=0.002@10GHz）。
- 分析（xī）方法：
- 分段擬合：
- 低頻（<1GHz）：計算導體損耗（αc=8.686×R_skin/(2Z₀)）。
- 高頻（>1GHz）：計算介質損耗（αd=8.686×πf√εr×tanδ）。
- 損耗對比：對比不同（tóng）長度（dù）傳（chuán）輸線的IL斜率（如1m線IL=3dB，2m線IL=6dB）。
二、典型TDR/TDT波形分析
1. 均勻傳輸線
- 波形（xíng）特征：
- TDR：穩定水（shuǐ）平線（如50Ω±0.5Ω）。
- TDT：輸出信號與輸入信號重（chóng）合（無反射）。
- 物理意義：傳輸線阻抗匹（pǐ）配良好，無反射源（yuán）。
- 應用場景：驗證校準件或理想傳輸線（xiàn）特性。
2. 阻抗不（bú）連續點
- 波形特征：
- TDR：台階狀突（tū）變（如50Ω→70Ω→50Ω）。
- TDT：輸出（chū）信號出現振鈴（反射疊加導致）。
- 物理意義：
- 正（zhèng）向台階：阻抗升高（gāo）（如過孔、焊盤）。
- 負向台階：阻抗降低（如線寬突變（biàn）、電容負載）。
- 分析方法：
- 台階高度：ΔZ=(Z₂-Z₁)/(Z₂+Z₁)×100%（如50Ω→70Ω時反射係數20%）。
- 時延定位：Δt=2ΔL/v（v為光速，ΔL為不連續點位置）。
3. 多次反射
- 波形特征（zhēng）：
- TDR：多台階疊加波形（如連接器+PCB+連接器結構）。
- TDT：輸出信（xìn）號持續振（zhèn）蕩（多次反射疊加）。
- 物理意義：信號在多個不連續點間來回反射。
- 分（fèn）析方法：
- 反射係（xì）數級聯：
- 總反射係數Γ_total=Γ₁+Γ₂e(-j2βL)+Γ₁Γ₂²e(-j4βL)+...
- 其中Γ為反射係數，β為傳（chuán）播常數，L為路徑長度。
- 時域-頻域轉換：通過FFT分析（xī）多次反（fǎn）射的頻譜特性（如諧波間隔（gé）Δf=1/Δt）。
三、多域（yù）關聯驗證方法
1. 時域-頻域聯合分（fèn）析
- 方法：
- 時域定位：通過TDR波形（xíng）確定阻（zǔ）抗突變點位置（zhì）（如過孔在（zài）1.2ns處）。
- 頻（pín）域量化：通過FFT將時域波形轉換為頻域，計算S參數（如S₁₁、S₂₁）。
- 應用場景：
- 高速信號完整性（xìng）分析（如（rú）PCIe Gen5通道特性）。
- 濾波器（qì）/耦合（hé）器設計驗證（如帶內（nèi）平坦度、帶外抑製）。
2. 差分-共模信號分離
- 方法：
- 差分模式（Sdd）：測（cè）量差分信號的插入損耗（如Sdd₂₁=-3dB@10GHz）。
- 共模模式（Scc）：測量共模信號的抑製能力（如Scc₂₁<-20dB@10GHz）。
- 分析指標：
- 模式轉（zhuǎn）換（Scd/Sdc）：差分轉共模或共（gòng）模轉差分（fèn）的幅度（如Scd₂₁<-30dB）。
- 共模抑製（zhì）比（CMRR）：差模增益與共模增（zēng）益（yì）的比（bǐ）值（如CMRR=60dB）。
3. 眼圖與TDNA關聯
- 方法：
- TDNA定位：通過TDR確定阻抗不連續點（diǎn）（如連接器時延1.2ns）。
- 眼圖驗證：在時（shí）延位置觀察眼圖（tú）閉合程度（如1.2ns處眼（yǎn）高降低20%）。
- 應用場景：
- 高速串行信號（如USB4、HDMI 2.1）的時序（xù）裕量分析。
- 串擾導致的眼圖劣（liè）化定位（wèi）（如相鄰線耦合導（dǎo）致1.2ns處眼寬減少15%）。
四（sì）、典型（xíng）案例與數據解（jiě）讀
案（àn）例1：PCB過孔阻抗分析
| 測量項目 | TDR波形特征 | 物理意義 | 改（gǎi）進措（cuò）施 |
|---|
| 過孔位置 | 1.2ns處出現+20Ω台階（jiē） | 過孔導（dǎo）致阻抗升高（50Ω→70Ω） | 優化反焊盤設（shè）計，減小寄生（shēng）電容 |
| 差分對Skew | P線時延1.18ns，N線1.22ns | 差分時延40ps（符合±50ps要求） | 無需改進 |
| 高頻損（sǔn）耗 | 10GHz時IL=2.5dB | 導體損耗（αc=1.2dB）主導 | 增加（jiā）銅箔厚度至2oz |
案（àn）例2：連（lián）接器多次反（fǎn）射（shè）
| 反射次數 | 時延（ns） | 幅度（mV） | 物理意義 | 解決方案 |
|---|
| 1 | 1.2 | 500 | 輸入端反射（Γ₁=0.2） | 優化輸入端匹配 |
| 2 | 2.4 | 200 | 連接器內部反射（Γ₂=0.1） | 減小連接器阻抗不（bú）連續性 |
| 3 | 3.6 | 80 | 多（duō）次反射疊（dié）加（Γ₁Γ₂²=0.004） | 增加端接（jiē）電阻吸收反射 |
五、TDNA數據解（jiě）讀（dú）總結
- 阻抗分析：
- 穩態值：取波形10%~90%後的穩定平（píng）台（如50Ω±1Ω）。
- 突變點：通過時延定位不連續點（ΔL=v×Δt/2）。
- 時延分析（xī）：
- 絕對時延（yán）：測（cè）量信號傳播時間（如連接器（qì）時延1.2ns）。
- 相對時延：對比差分對（duì）Skew（如±50ps以內合格）。
- 損耗分析：
- 低頻段：計算導體損耗（αc∝√f）。
- 高頻段：計算介質損耗（αd∝f）。
- 多（duō）域驗證：
- 時（shí）域-頻域：通過FFT關聯S參數。
- 差分-共模：分離（lí）Sdd、Scc、Scd/Sdc。
- 眼圖關聯：在時延位置觀察眼圖劣化。
通過上述方法，TDNA可實現：
- 阻抗測量精度：±0.5Ω（需校準）。
- 時延測量精度（dù）：±5ps（需高采（cǎi）樣率）。
- 損耗測量重複性：±0.1dB（需多次平均）。
滿（mǎn）足5G/6G通信、高速數字、航空（kōng）航天等領域對信號完整性、時序裕量、損耗預算的嚴苛需求。
