TDR信号反射仿真的实验步骤

当信号进入射频后，阻抗匹配变得十分重要，差的匹配造成的反射将严重影响信号质量，甚至可能造成误操作，因此必须以传输线理论进行分析，即印制电路板上每条连线都有其特性阻抗。在设计中，工程师通常利用时域反射法（TDR）来测量印制电路板上连线的特性阻抗，进而实现阻抗匹配。

本节的顺序是首先介绍TDR的原理，接着介绍本次实验的仿真，最后实验步骤。其中实验步骤包括TDR基础仿真、TDR模拟仿真和开路不连续传输线仿真。

TDR原理

印制电路板传输线的特性阻抗Z=(L/C)1/2,而使用TDR测量的公式为：

式中，为反射系数。

图所示为传输线不连续时，测得的TDR反射波形，设特定性阻抗。刚开始时，波形起伏为SMA连接头的杂散电容及电容效应，之后为50Ω传输线，当传输线较粗时，电容值较大而电感值较小，所以显示反射图形特性阻抗较高。因此，可以得出：TDR反射波形比50Ω传输线低时，表示传输线具有电容效应；比50Ω传输线高时，具有电容效应。

仿真实例

在介绍了TDR的原理后，本节通过一个仿真实例来讨论TDR的仿真方法和基本流程，主要包括以下内容：

1、对一段不连续传输线进行TDR仿真，观测由于电容和电感不连续造成反射波形的失真；

2、建立不连续传输线的版图，以及可供调用的仿真元件模型；

3、对版图建立的不连续传输线元件模型进行仿真，与原理图仿真结果进行比较；

4、建立一个开路不连续传输线仿真原理图，并计算不连续点的阻抗值。

可见不连续传输线的TRD反射波形，在V1波形中，凹陷点和凸起点分别代表电容和电感不连续造成的信号失真。

实验步骤

1、TDR基础仿真

1、新建有一个“TDR_sim”原理图

2、选择一个“TLines-Multilayer”元件面板，选择一个MLSUBSTRATE2元件插入原理图中，双击元件，进行设置：

3、继续在“TLines-Multilayer”元件面板中分别选择3个MLICTL_C插入原理图中，进行如下设置：分别表示长宽和设置第几层

4、从“Sources-Time Domain”元件面板中选择一个VtPulse插入原理图，进行如下设置：

5、选择两个50欧姆电阻，完成如下原理图

6、添加瞬态仿真控制器，并进行设置：

7、设置完成之后，进行仿真显示

可以看到TDR反射波形，在V1波形中，凹陷点和凸起点分别代表电容和电感不连续造成的信号失真。V1电感和电容在波动前后引起的波动分别为0.825V和1.099V。

2、Momentum TDR模拟仿真

要建立不连续传输线的版图，首先要对上面的原理图进行修改，之后才能建立版图及元件模型，具体步骤如下：

完成版图后，继续进行基低参数设置，设置参数。

为了在原理图中进行仿真，还需要为版图建立一个可调用的元件仿真模型。

步骤：

1、保留传输线，添加port

2、生成版图

这里要选择下面的，以P1开始。

3、设置“Substrate”和频率之后对版图，并生成“Symbol”，便于在原理图中进行调用。

4、将“TDR_sim”另存为“TDR_momentum_sim”,将2个传输线换成符号。

5、进行仿真，得到的结果和之前原理图仿真结果一样。

3、开路不连续传输线仿真

在得到不连续传输线TDR反射波形的基础上，接下来建立一个开路不连续传输线仿真原理图，并计算TDR反射波形中不连续点的阻抗值。

1、将“TDR_sim”另存为“TDR_Tlin_sim”，首先删除传输线、输出端电阻以及输出接地。再从“TLines-Multilayer”元件面板中选择一个MLOPENSTUB元件插入原理图中，作为开路负载，并对其进行设置。

2、修改瞬态仿真控制器。

3、完成的电路图如下所示：

4、进行仿真，下面是TDR反射波形，可见出现凸起和凹起的不连续点。

5、为了计算不连续点的阻抗，还需要加入一个计算公式，如下所示：

好了，今天就到这里了。