當信號進入射頻后，阻抗匹配變得十分重要，差的匹配造成的反射將嚴重影響信號質量，甚至可能造成誤操作，因此必須以傳輸線理論進行分析，即印制電路板上每條連線都有其特性阻抗。在設計中，工程師通常利用時域反射法（TDR）來測量印制電路板上連線的特性阻抗，進而實現阻抗匹配。

本節的順序是首先介紹TDR的原理，接著介紹本次實驗的仿真，最后實驗步驟。其中實驗步驟包括TDR基礎仿真、TDR模擬仿真和開路不連續傳輸線仿真。

TDR原理

印制電路板傳輸線的特性阻抗Z=(L/C)1/2,而使用TDR測量的公式為：

式中，為反射系數。

圖所示為傳輸線不連續時，測得的TDR反射波形，設特定性阻抗。剛開始時，波形起伏為SMA連接頭的雜散電容及電容效應，之后為50Ω傳輸線，當傳輸線較粗時，電容值較大而電感值較小，所以顯示反射圖形特性阻抗較高。因此，可以得出：TDR反射波形比50Ω傳輸線低時，表示傳輸線具有電容效應；比50Ω傳輸線高時，具有電容效應。

仿真實例

在介紹了TDR的原理后，本節通過一個仿真實例來討論TDR的仿真方法和基本流程，主要包括以下內容：

1、對一段不連續傳輸線進行TDR仿真，觀測由于電容和電感不連續造成反射波形的失真；

2、建立不連續傳輸線的版圖，以及可供調用的仿真元件模型；

3、對版圖建立的不連續傳輸線元件模型進行仿真，與原理圖仿真結果進行比較；

4、建立一個開路不連續傳輸線仿真原理圖，并計算不連續點的阻抗值。

可見不連續傳輸線的TRD反射波形，在V1波形中，凹陷點和凸起點分別代表電容和電感不連續造成的信號失真。

實驗步驟

1、TDR基礎仿真

1、新建有一個“TDR_sim”原理圖

2、選擇一個“TLines-Multilayer”元件面板，選擇一個MLSUBSTRATE2元件插入原理圖中，雙擊元件，進行設置：

3、繼續在“TLines-Multilayer”元件面板中分別選擇3個MLICTL_C插入原理圖中，進行如下設置：分別表示長寬和設置第幾層

4、從“Sources-Time Domain”元件面板中選擇一個VtPulse插入原理圖，進行如下設置：

5、選擇兩個50歐姆電阻，完成如下原理圖

6、添加瞬態仿真控制器，并進行設置：

7、設置完成之后，進行仿真顯示

可以看到TDR反射波形，在V1波形中，凹陷點和凸起點分別代表電容和電感不連續造成的信號失真。V1電感和電容在波動前后引起的波動分別為0.825V和1.099V。

2、Momentum TDR模擬仿真

要建立不連續傳輸線的版圖，首先要對上面的原理圖進行修改，之后才能建立版圖及元件模型，具體步驟如下：

完成版圖后，繼續進行基低參數設置，設置參數。

為了在原理圖中進行仿真，還需要為版圖建立一個可調用的元件仿真模型。

步驟：

1、保留傳輸線，添加port

2、生成版圖

這里要選擇下面的，以P1開始。

3、設置“Substrate”和頻率之后對版圖，并生成“Symbol”，便于在原理圖中進行調用。

4、將“TDR_sim”另存為“TDR_momentum_sim”,將2個傳輸線換成符號。

5、進行仿真，得到的結果和之前原理圖仿真結果一樣。

3、開路不連續傳輸線仿真

在得到不連續傳輸線TDR反射波形的基礎上，接下來建立一個開路不連續傳輸線仿真原理圖，并計算TDR反射波形中不連續點的阻抗值。

1、將“TDR_sim”另存為“TDR_Tlin_sim”，首先刪除傳輸線、輸出端電阻以及輸出接地。再從“TLines-Multilayer”元件面板中選擇一個MLOPENSTUB元件插入原理圖中，作為開路負載，并對其進行設置。

2、修改瞬態仿真控制器。

3、完成的電路圖如下所示：

4、進行仿真，下面是TDR反射波形，可見出現凸起和凹起的不連續點。

5、為了計算不連續點的阻抗，還需要加入一個計算公式，如下所示：

好了，今天就到這里了。