本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種傳輸線阻抗的測量方法。

背景技術(shù)：

傳輸線是輸送電磁能的線狀結(jié)構(gòu)的設(shè)備，還是電信系統(tǒng)的重要組成部分，用來把載有信息的電磁波，沿著傳輸線規(guī)定的路由自一點輸送到另一點。

在實際分析傳輸線上信號質(zhì)量問題時，需要知道傳輸線的特征阻抗值，現(xiàn)有一般采用TDR(時域反射計，Time-Domain Reflectometry，簡稱TDR)測試。其工作原理如圖1所示，6為負載電阻。階躍信號發(fā)生器1向被測系統(tǒng)發(fā)送一個階躍信號。該信號經(jīng)過同軸連接頭2，沿著傳輸線5向前傳輸，如果傳輸線阻抗連續(xù)且等于輸出阻抗，將沒有信號反射，示波器上能看到的只有發(fā)送的階躍信號。假如傳輸線的阻抗在某一段發(fā)生變化，將有部分的輸入信號被反射,示波器上將出現(xiàn)反射信號和輸入信號的疊加，采樣部分3采集反射信號的幅度，計算出傳輸線阻抗并輸出結(jié)果到顯示設(shè)備4。若TDR的輸出阻抗為Z₀，階躍信號的電平幅度為V，測量到的反射信號的幅度為V₁，傳輸線的阻抗為Z，存在關(guān)系式(1)：

式(1)

將式(1)轉(zhuǎn)化為式(2)：

式(2)

通過測量得到V、V₁、Z₀，則可以根據(jù)式(2)計算傳輸線特性阻Z值。

雖然TDR測試比較精確，但是測試設(shè)備昂貴，而且由于實際使用頻率不高，導(dǎo)致購買后利用率不高，其價值意義就大打折扣。并且大多數(shù)情況下，分析問題并不需要非常精確的測試結(jié)果，只需要一個大概的范圍就可以滿足需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種傳輸線阻抗的測量方法，使得通過該方法，傳輸線阻抗測量簡單、操作方便，且成本低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種傳輸線阻抗的測量方法，包含以下步驟：S1.向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號；S2.測量所述測試源端針對所輸入的已知信號的反射信號的電平幅度V1；S3.利用所述已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Zs和所述步驟S2中測得的所述V1計算得到所述傳輸線的阻抗值。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號，然后測量測試源端針對所輸入的已知信號的反射信號的電平幅度V₁，然后再結(jié)合已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Z_s就可以計算得到傳輸線的阻抗值，已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Z_s都是已知數(shù)據(jù)，也就是說，只需測量出反射信號的電平幅度V₁即可，測量方法簡單、操作方便；另外，由于本方法的測量設(shè)備只需具有輸出周期信號的功能，因此無需使用成本昂貴的設(shè)備，節(jié)約了成本。

另外，在所述步驟S1中，利用一示波器的輸出端向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號。示波器應(yīng)用廣泛，采用示波器向待測傳輸線的測試源端輸入已知信號可以使本方法的成本低，有利于本發(fā)明在實際應(yīng)用中的推廣。

另外，在所述步驟S2中，利用所述示波器的測試端測量所述測試源端針對所輸入信號的反射信號的電平幅度。采用示波器測量測試源端針對所輸 入信號的反射信號的電平幅度可以使本方法的成本低，有利于本發(fā)明在實際應(yīng)用中的推廣。

另外，所述示波器的輸出端和測試端利用同軸線和所述待測傳輸線的測試源端連接。同軸線是常見的信號傳輸線，連接到示波器輸出端的同軸線用于傳輸電平信號，連接可靠。

另外，所述已知信號的上升沿的電氣長度小于或等于所述待測傳輸線的信號傳輸延時。由于當(dāng)已知信號的上升沿的電氣長度小于或等于待測傳輸線的信號傳輸延時，才能確保已知信號上升沿完全進入傳輸線時，已知信號的反射信號還沒有達到測試源端，提高V1的測量準確性。

另外，所述已知信號的周期大于或等于所述待測傳輸線的信號傳輸延時。已知信號的周期結(jié)束之前，已知信號的反射信號需要達到測試源端，也就是說，已知信號的周期要大于或等于待測傳輸線的信號傳輸延時，提高V1的測量準確性。

另外，所述信號的周期大于或等于所述待測傳輸線的信號傳輸延時的4倍。本方法是利用已知信號的上升沿進行測試，在已知信號的半周期后，到來的下降沿會擾亂測試結(jié)果，因此，在下降沿到來之前，已知信號的反射信號就要到達測試源端，也就是說，已知信號的周期大于或等于待測傳輸線的信號傳輸延時的4倍，提高測試測試結(jié)果精度。

另外，在步驟S3中，利用下式計算：通過該公式，可以根據(jù)已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Zs和反射信號的電平幅度V1計算得到傳輸線的阻抗值Z，從而避免使用TDR設(shè)備，降低成本。

附圖說明

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)下TDR的工作原理示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的流程示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的原理示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的等效電路；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的第一種階躍信號和反射信號示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的第二種階躍信號和反射信號示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的電平幅度V₁的測試結(jié)果示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的仿真原理示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的V_out仿真波形示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式一種傳輸線阻抗的測量方法的TDR仿真驗證結(jié)果示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種傳輸線阻抗的測量方法。其流程如圖2所示，具體如下：

步驟201，向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號。

具體而言，本實施方式采用一示波器的輸出端向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號。其中，示波器具有輸出周期信號功能；已知信號可以為階躍信號；示波器的輸出端和測試端利用同軸線和待測傳輸線的測試源端連接。

如圖3所示，本實施方式需要一臺具有輸出周期信號功能的示波器和兩根同軸線，其中一根同軸線將示波器的輸出端與待測傳輸線的測試源端連接，另一根同軸線將示波器的測試端與待測傳輸線的測試源端連接。而且，兩根同軸線連接到待測輸出線的一端可以做成探針樣式，以方便測試。

圖4為圖3的等效電路。將階躍信號輸入到待測傳輸線中，傳輸線的特征阻抗Z和源端輸出阻抗Z_s之間產(chǎn)生分壓，分壓后的信號從源端傳輸?shù)浇K端，終端開路，產(chǎn)生全反射又返回到源端，在源端可測試到階躍信號在傳輸線中傳輸?shù)恼麄€波形變化情況，根據(jù)此波形幅度變化來估算傳輸線阻抗變化。

步驟202，測量測試源端針對所輸入的已知信號的反射信號的電平幅度V₁。

具體的說，如圖5所示，當(dāng)階躍信號I₁的上升沿完全進入傳輸線，反射信號R₁正好到達源端時，階躍信號I₁和反射信號R₁疊加形成平滑的上升沿；如圖6所示，當(dāng)階躍信號I₂完全進入傳輸線后，終端的反射信號R₂還沒有返回源端時，階躍信號I₂會持續(xù)在某一電平下直到反射信號R₂到來并疊加，最終使得波形中出現(xiàn)臺階現(xiàn)象，臺階的幅度即為即為Z_s和Z分壓的電平V₁，利用示波器的測試端可以測量出測試源端針對所輸入信號的反射信號的電平幅度V₁。由此可以看出，產(chǎn)生臺階的最小傳輸線線長是已知信號上升沿的電氣長度。

需要說明的是，由于示波器輸入傳輸線的已知信號是周期信號，本方法 是利用已知信號的上升沿進行測試，在已知信號的半周期后，到來的下降沿會擾亂測試結(jié)果，因此，在下降沿到來之前，已知信號的反射信號就要到達測試源端，也就是說階躍信號的周期需要大于或等于待測傳輸線的信號傳輸延時，以此提高測試結(jié)果的精確度。在本實施方式中，階躍信號的周期等于待測傳輸線的信號傳輸延時的4倍。此時，上升沿和下降沿之間的時間差即為最大傳輸線延時的兩倍。則最大傳輸線長度和已知信號周期的如式(3)所示：

L_max＝T/4 式(3)；

L_max為傳輸線的長度，T為已知信號周期.

其中，待測傳輸線的信號傳輸延時利用待測傳輸線的長度、介質(zhì)的介電常數(shù)計算獲得，計算公式可以如式(4)所示：

式(4)；

其中，T_trace為傳輸線延時，L為待測傳輸線的長度，C為光速，E_r為介電常數(shù)。

值得一提的是，產(chǎn)生臺階的最小傳輸線線長是階躍信號上升沿的電氣長度，即，當(dāng)階躍信號的上升沿的電氣長度小于或等于待測傳輸線的信號傳輸延時，才能確保已知信號上升沿完全進入傳輸線時，已知信號的反射信號還沒有達到測試源端，從而提高V₁的測量準確性。

步驟203，利用已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Z_s和電平幅度V₁計算得到傳輸線的阻抗值。

具體的說，本實施方式中已知信號為階躍信號，V為階躍信號的電平幅度，Z_s為輸出阻抗，V₁為電平幅度，Z為傳輸線特征阻抗，ESC為通路寄生 電容。

對于階躍信號，ESC近似認為短路，通路中Z_s和Z對階躍信號V產(chǎn)生分壓V₁，根據(jù)分壓原理則有式(5)：

式(5)；

變化得到式(6)：

式(6)；

然后，通過測試獲取Z_s，V和V₁的值，根據(jù)式(5)就可以推算出傳輸線特征阻抗Z值。

舉例說明，示波器的周期T＝100KHz，上升時間Tr＝100pS，電平幅度V＝1V，輸出阻抗＝50Ω。按照圖3連接方法，測試源端波形會存在臺階，臺階的幅度即為Z_s和Z分壓的電平V₁，利用示波器測量出臺階的電平幅度V₁。測試結(jié)果如圖7所示。若測試出反射信號的電平幅度V₁的值為0.42V，則通過式(5)可以計算出傳輸線阻抗Z＝36.2Ω。

值得一提的是，在本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)通過仿真分析驗證本方法的測試是否準確，具體驗證方法如下：

首先，如圖8所示進行仿真建模。其中，V_source為測試源端，輸出阻抗為50Ω，輸出的已知信號為上升沿為100pS，電平幅度V為1V，周期T為20MHz的信號。V_out為電壓探針，T_microstrip為線寬0.1mm，長度50mm的傳輸線模型。

得到的V_out仿真波形如圖9所示。從圖9的仿真結(jié)果中可以得到：V₁＝0.583V，V＝1V，Z_s＝50Ω。然后，通過式(6)可以得Z＝69.9Ω，同時得到傳輸線延時T_trace＝280pS。

然后，進行TDR仿真驗證。通過TDR仿真驗證傳輸線阻抗結(jié)果如圖10所示，從圖10可以得到Z約等于70Ω，與通過圖9得到的69.9Ω相比，誤差很小。也就是說實際測試結(jié)果和仿真結(jié)果一致，從而證明此方法有效可行。

通過本實施方式，向待測傳輸線的測試源端輸入一已知信號，然后測量測試源端針對所輸入的已知信號的反射信號的電平幅度V1，然后再結(jié)合已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Zs就可以計算得到傳輸線的阻抗值，已知信號的電平幅度V、輸出阻抗Zs都是已知數(shù)據(jù)，也就是說，只需測量出反射信號的電平幅度V1即可，測量方法簡單、操作方便；另外，由于本方法的測量設(shè)備只需具有輸出周期信號的功能，因此無需使用成本昂貴的設(shè)備，節(jié)約了成本。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種傳輸線阻抗的測量方法。第二實施方式與第一實施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于：在第一實施方式中，已知信號的周期等于待測傳輸線的信號傳輸延時的4倍。而在本發(fā)明第二實施方式中，已知信號的周期等于待測傳輸線的信號傳輸延時的8倍。

由于示波器輸入傳輸線的已知信號是周期信號，本方法是利用已知信號的上升沿進行測試，在已知信號的半周期后，到來的下降沿會擾亂測試結(jié)果，因此，在下降沿到來之前，已知信號的反射信號就要到達測試源端，因此在上升沿和下降沿之間的時間差即為最大傳輸線延時的兩倍。最大傳輸線長度和已知信號周期的如式(3)所示，也就是說T≥4L。而在本實施方式中，已知信號的周期等于待測傳輸線的信號傳輸延時的8倍。也就是說，在已知信號的四分之一周期時，已知信號的反射信號就已經(jīng)達到測試源端，此時，已知信號的上升沿階段只完成了一半，遠遠未到下降沿階段。因此，已知信號的周期越長，使得已知信號的上升沿結(jié)束越晚，下降沿的到來越晚，從而能給予反射信號越充足的時間到達測試源端，以此提高精確度。

當(dāng)然，已知信號的周期不僅可以等于待測傳輸線的信號傳輸延時的4 倍或8倍，還以為其他倍數(shù)，此處不再一一例舉。

通過本實施方式，增加本發(fā)明實施方式的多樣性，利于本發(fā)明在實際應(yīng)用中的推廣。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護范圍內(nèi)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。