時間領域反射 (TDR) 解析

テクトロニクスの時間領域反射測定（Opt. TDR）測定ソリューションは、電力インテグリティ回路、PCB、高速アプリケーション、ケーブル、およびインターコネクトのインピーダンスをデバッグし、特性評価するための幅広い機能を提供します。TDRは通常、時間領域の特殊なサンプリング装置または周波数領域データを調べるVNAを使用して適用されます。サンプリング・オシロスコープは、引き続きコスト効率の高いソリューションですが、リアルタイム・オシロスコープほど普及しているわけではありません。テクトロニクスは、最大10GHzのアクイジション帯域幅と7.5GHzのTDR帯域幅を備えた、汎用性の高い4/5/6シリーズB MSOリアルタイム・オシロスコープで新しいTDR測定機能を提供しています。エンジニアは、テクトロニクスのミックスド・シグナル・オシロスコープ、TDRモジュール、SMAケーブルまたはTDRプローブなどの簡単なセットアップでTDR測定を行うことができます。

主な特長

• リアルタイム4/5/6シリーズB MSOの時間領域反射測定（Opt.TDR）と、最大10 GHzのアクイジション帯域特性と7.5GHzのTDR帯域幅特性
• TDR信号をリアルタイムで使用した自動インピーダンス・プロファイリング
• 関心領域でシングルエンドまたは差動Z、L、Cのいずれかを測定します。
• 結果、データ、レポートをインピーダンス・トレースとともに保存します。オフライン分析のために後で呼出し可能
• オート・ワンクリック・プリセット機能により、測定用にTDRを準備し、オープン、ショート、および負荷インピーダンスのキャリブレーションを同時に実行します。
• インピーダンス・トレースを表示するための自動演算チャネル・セットアップ

TDRの主なアプリケーション領域

• PCBクーポン・テスト用の低コストソリューション
• ケーブルやPCBトレースなどの伝送ラインの特性インピーダンスを検証
• トレース長、ケーブル長、信号遅延を測定
• 信号パスの立ち上がり/立ち下がり時間とオーバーシュート/アンダーシュートを測定
• ケーブルとトレースの損失モデリングをサポート
• ケーブルの圧着とコネクタのラッチのインテグリティを検証
• ケーブル/PCB誘電率の決定
• ラボ機器やプローブの周波数帯域幅、立ち上がり/立ち下がり時間、フラットネスを測定

TDR設定

TDRの設定には、4/5/6シリーズBミックスド・シグナル・オシロスコープとPicotestのJ2154A PerfectPulse 差動TDRが必要です。J2154Aは差動パルス・ジェネレータです。シングルエンドまたは差動TDR測定をサポートします。プリント回路基板上でTDR測定を行うには、パルス・ジェネレータをDUTに接続するためのプローブが必要です。

P2105Aブラウザ・プローブとP2103A差動TDRプローブなどのPicotestプローブは、シングルエンドおよび差動TDR測定に使用されます。

この接続は、シングルエンドTDR測定を実行するためのシングルエンドTDR設定を示しています。ポート3と4は、オシロスコープとDUTの接続に使用されます。

差動TDR設定に示されている差動TDRでは、差動信号を送信し、DUTから反射された差動信号を解析するために、パルス・ジェネレータの2つのポートを接続する必要があります。この場合、差動信号は正と負の信号の減算です。ポート1と3はTDR信号をオシロスコープに接続し、ポート2と4は差動TDR信号をDUTに接続します。スキューを最小限に抑えるために、マッチングされたケーブルを差動TDR接続に使用します。

測定と構成

TDR測定はオプションのTDRのインストール後に使用可能になり、下図に示すように標準時間測定タブに表示されます。

測定を追加すると、次の図に示すように、測定を構成および実行するための設定が利用可能になります。TDR測定では、信号タイプをシングルエンドまたは差動として指定できます。TDRプリセットは、オシロスコープの設定を自動的に最適化して信号を適切に取込むとともに、平均アクイジション・モードを使用してTDRの各ラインをキャリブレーションし、信号のノイズを低減します。また、電圧の入射と最初の反射に対応するための最適なサンプル・レートと水平軸スケールを設定します。

TDRキャリブレーション (TDRプリセット)

VNA機器とは異なり、TDRプリセットは、オープン、ショート、負荷インピーダンスの3ステップ・キャリブレーションを別途行う必要がありません。代わりに、パルス・ジェネレータによって生成されたTDRパルス波形と、遠端の標準の50 Ωケーブルを使用して、キャリブレーション定数を求めます。TDRプリセットをクリックすると、オシロスコープは水平、垂直、トリガの設定を自動的に調整し、最適なキャリブレーションを実現します。次に、アルゴリズムはTDRパルスを使用してキャリブレーション定数を計算し、反射係数とインピーダンス・トレースを直接補償します。複数の手動キャリブレーションとオシロスコープ設定を行う必要はありません。

インピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス

TDR解析では、反射信号から反射係数（rho）対時間波形が自動的に計算され、インピーダンス（Z）対時間トレースがプロットされます。測定バッジは、インピーダンスが変化した関心領域を自動的に識別することにより、インピーダンス (Z)、キャパシタンス (C)、およびインダクタンス (L) を表示します。複数のインピーダンス変動がある場合は、カーソルを領域の周囲に配置し、カーソル・ゲーティングを使用して測定を特定の領域に制限することで、関心領域を特定できます。

例えば、図PCBトレースに示すように、TDR信号はテスト・ポイントTP4でPicotest PCBデモ・トレースを通過します。信号パス全体にわたるインピーダンスの変動に注目し、PCBパスが広いことにより中央領域のインピーダンスが低くなっていることを確認します。さらに、プローブ・チップの誘導特性と容量特性を示す曲線の最初の隆起を観察します。TDR測定では、最初のキャパシタンス領域とインダクタンス領域が自動的に識別され、対応するCとLの値が提供されます。さらに、カーソル・ゲーティングを使用して、波形の任意の領域でキャパシタンスとインダクタンスを簡単に測定できます。

TDR帯域幅

TDRシステム帯域幅は、TDRステップ・ジェネレータ (tr_TDR)、オシロスコープ (tr_スコープ)、TDRプローブ (tr_プローブ) の立ち上がり時間を使用して計算された実効帯域幅です。

このとき、

tr_TDR = TDR立ち上がり時間または立下り時間が10% ～ 90%

tr_スコープ = オシロスコープの立ち上がり時間または立下り時間が10% ～ 90%

tr_プローブ = プローブの立ち上がり時間または立下り時間が10% ～ 90%

たとえば、帯域幅が10GHz (立上がり時間 40ps) の6シリーズB MSOと、帯域幅が13GHz (立上がり時間34ps) のJ2154A Picotestパルス・ジェネレータ、帯域幅が16GHz (立上がり時間21.88ps) のP2105A TDRプローブを組み合わせると、立ち上がり時間が平方和の平方根として組み合わされるため、実効帯域幅は6.15GHz(立上がり時間56.9ps) になります。

レポートの生成と波形の保存

測定実行後、波形データまたはセッション・ファイルをドキュメント結果に保存したり、さらに解析したりできます。測定結果は、.mhtまたは.pdf形式でレポート・ファイルにエクスポートできます。

プリント回路基板のシングルエンドTDR解析用に生成されたレポートを以下に示します。