TDRは、時間領域反射測定法（Time Domain Reflectometry）の略称です。反射波を分析し、遠隔測定位置における測定対象の状態を把握する遠隔測定技術です。また、時間領域反射測定法（Time Domain Reflectometry）、時間遅延リレー（Time Delay Relay）、送信データレジスタ（Transmit Data Register）は、通信業界において初期段階で主に通信ケーブルの断線位置を検出するために使用されていたため、「ケーブル検出器」とも呼ばれています。時間領域反射計は、時間領域反射計を用いて金属ケーブル（ツイストペアケーブルや同軸ケーブルなど）の特性評価と障害箇所の特定を行う電子機器です。コネクタ、プリント基板、その他の電気経路の不連続性の特定にも使用できます。
E5071c-tdrユーザーインターフェースは、追加のコードジェネレータを使用せずにシミュレートされたアイマップを生成できます。リアルタイムのアイマップが必要な場合は、信号発生器を追加して測定を完了してください。E5071Cにはこの機能があります。
信号伝達理論の概要
近年、デジタル通信規格のビットレートが急速に向上しており、たとえば、最もシンプルなコンシューマー向けUSB 3.1のビットレートは10Gbpsにも達し、USB4では40Gbpsに達しています。ビットレートの向上により、従来のデジタルシステムでは見られなかった問題が現れ始めています。反射や損失などの問題により、デジタル信号が歪み、ビットエラーが発生する可能性があります。また、デバイスの正しい動作を確保するための許容可能な時間マージンの減少により、信号パスにおけるタイミング偏差が非常に重要になります。浮遊容量によって生成される放射電磁波と結合はクロストークにつながり、デバイスの誤動作を引き起こします。回路が小型化、高密度化するにつれて、この問題はさらに深刻化します。さらに悪いことに、電源電圧の低下により信号対雑音比が低下し、デバイスがノイズの影響を受けやすくなります。
TDRの垂直座標はインピーダンスである
TDRはポートから回路にステップ波を送りますが、TDRの垂直単位が電圧ではなくインピーダンスなのはなぜでしょうか？インピーダンスなら、なぜ立ち上がりエッジが見えるのでしょうか？ベクトルネットワークアナライザ（VNA）をベースにしたTDRではどのような測定が行われるのでしょうか？
VNAは、測定対象（DUT）の周波数応答を測定するための機器です。測定では、正弦波の励起信号を測定対象デバイスに入力し、入力信号と透過信号（S21）または反射信号（S11）のベクトル振幅比を算出することで測定結果を得ます。測定周波数範囲内で入力信号をスキャンすることで、デバイスの周波数応答特性を得ることができます。測定受信機にバンドパスフィルタを使用することで、測定結果からノイズや不要な信号を除去し、測定精度を向上させることができます。
入力信号、反射信号、透過信号の模式図
データを調べた結果、TDR装置は反射波の電圧振幅を正規化し、それをインピーダンスに等しくしていることがわかりました。反射係数ρは、反射電圧を入力電圧で割った値に等しくなります。反射はインピーダンスが不連続な場所で発生し、反射電圧はインピーダンスの差に比例し、入力電圧はインピーダンスの和に比例します。したがって、次の式が成り立ちます。TDR装置の出力ポートは50Ωなので、Z0=50Ωとなり、Zは計算でき、つまりプロットによってTDRのインピーダンス曲線が得られます。
したがって、上の図では、信号の初期入射段階で見られるインピーダンスは 50 オームよりはるかに小さく、立ち上がりエッジに沿って傾きは安定しており、見られるインピーダンスは信号の順方向伝播中に移動した距離に比例していることを示しています。 この期間中、インピーダンスは変化しません。 インピーダンスの減少後に立ち上がりエッジが吸い上げられ、最終的に減速したと見なすのはかなり回りくどいと思います。 その後の低インピーダンスの経路では、立ち上がりエッジの特性を示し始め、上昇し続けました。 そして、インピーダンスが 50 オームを超えるため、信号は少しオーバーシュートし、その後ゆっくりと戻り、最終的に 50 オームで安定し、信号は反対側のポートに到達しました。 一般に、インピーダンスが低下する領域は、グランドに容量性負荷があると考えることができます。 インピーダンスが急激に増加する領域は、直列にインダクタがあると考えることができます。
投稿日時: 2022年8月16日
