基于时域反射计的特性阻抗精密测量研究与系统实现

作     者：李超明 

作者单位：北京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱江淼

授予年度：2016年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：特性阻抗 时域反射计 幅值阈值法 幅值众数法 自动化测量 

摘      要：为了保证印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的信号完整性，随着传输线工作频率和数据传输速率越来越高，对传输线特性阻抗的控制提出了更加严格的要求。传输线特性阻抗的时域测量技术，以测量准确和结果直观等优点，将逐渐成为特性阻抗的主要测量方法。为了适应PCB制造业对特性阻抗精密测量的自动化需求，并为特性阻抗测量的溯源奠定基础，本文在详细研究了特性阻抗测量原理的基础上，基于时域反射计构建了高性能、高稳度和高精确度的测量系统，并在符合实验环境要求下获取传输线的原始测量数据。为了实现高精密的特性阻抗测量，本文特提出了幅值阈值法和幅值众数法，测量结果表明这两种方法优于传统的测量方法，完全满足测量要求。本文还设计了一套基于时域反射计的特性阻抗自动测量系统，不仅实现了特性阻抗的自动化测量，也为PCB传输线特性阻抗的工业线上自动测量打下了基础。本文的具体研究内容如下所述:\n 首先，介绍了传输线特性阻抗的概念，并详细分析总结了特性阻抗的控制和信号完整性的关系。重点研究分析了特性阻抗的频域、时域测量原理和方法，并对两者进行了分析比较，详述了特性阻抗的时域测量优势。\n 其次，逐个研究了构建基于时域反射计的特性阻抗测量系统所需的各部分组件的功能和性能要求。为确保测量系统的构建，制定了严格的操作步骤和注意事项。为了获取高质量的实验数据，综合分析了特性阻抗时域测量的三种方法、实验环境、实验数据采集过程及其注意事项。\n 然后，为了显著降低微波反射的影响，根据特性阻抗时域计算方法，本文提出了幅值阈值法和幅值众数法，这两种方法都有效的去除了微波反射的影响，其效果均优于传统方法。\n 最后，设计和实现了基于时域反射计的特性阻抗自动测量系统软件，以实现特性阻抗的自动化测量。选用LabVIEW和MATLAB软件作为开发工具，设计完成了仪器控制模块、数据采集模块、数据处理模块和显示模块。本文通过测量实例验证本系统的实用性，可望为今后特性阻抗工业自动化测量打下基础。