Задержка распространения сигнала: факторы и влияние

Введение

Время, необходимое сигналу или другой величине для достижения места назначения. Задержка распространения – это длительность времени, в течение которого сигнал достигает своего пункта назначения. Она может относиться к сетям, электронике или физике.

Сетевые связи

В компьютерных сетях задержка распространения — это время, необходимое для прохождения начала сигнала от отправителя к получателю. Она вычисляется как отношение длины канала связи к скорости распространения сигнала в данной среде. Задержка распространения равна d / s, где d — расстояние, а s — скорость распространения волны. В беспроводной связи s = c, то есть скорость света. В медных проводах скорость s обычно находится в диапазоне от 0,59c до 0,77c. Эта задержка является серьезным препятствием в разработке высокоскоростных компьютеров и называется "узким местом межсоединений" в интегральных схемах.

Электроника

В электронике, цифровых схемах и цифровой электронике, задержка распространения, или задержка элемента, – это промежуток времени от момента, когда вход логического элемента становится стабильным и допустимым для изменения, до момента, когда выход этого элемента становится стабильным и допустимым для изменения. Часто в технических характеристиках производителей это время, необходимое для достижения выхода 50% от его конечного уровня, начиная с момента, когда вход изменяется до 50% от его конечного уровня. Эта задержка может зависеть от направления изменения уровня, в этом случае указываются отдельные задержки спада и нарастания tPHL и tPLH или tf и tr. Уменьшение задержек в цифровых схемах позволяет им обрабатывать данные быстрее и повышать общую производительность. Для определения задержки распространения в комбинированной схеме необходимо выявить самый длинный путь распространения сигнала от входа к выходу и суммировать задержки на этом пути. Разница в задержках распространения логических элементов является основной причиной возникновения импульсных помех в асинхронных схемах из-за эффекта гонки. Метод логических усилий использует задержки распространения для сравнения различных схем, реализующих одно и то же логическое выражение. Задержка распространения увеличивается с повышением рабочей температуры, поскольку сопротивление проводящих материалов обычно возрастает с температурой. Небольшое увеличение напряжения питания также может увеличить задержку распространения, так как верхний порог переключения, VIH (часто выражается в процентах от высокого напряжения питания), пропорционально увеличивается. Увеличение выходной емкости нагрузки, например, из-за увеличения числа элементов, подключенных к одному выводу, также увеличивает задержку распространения. Все эти факторы взаимосвязаны через RC-постоянную времени: любое увеличение емкости нагрузки увеличивает C, тепловое сопротивление – R, а изменение напряжения порога питания влияет на то, требуется ли более одной RC-постоянной для достижения порогового значения. Если выход логического элемента подключен к длинной трассе или используется для управления большим количеством других элементов (высокий веер распасовки), задержка распространения существенно возрастает. Провода имеют приблизительную задержку распространения 1 нс на единицу длины. Задержки распространения логических элементов могут варьироваться от более чем 10 нс до пикосекундного диапазона, в зависимости от используемой технологии.

In electronics, digital circuits and digital electronics, the propagation delay, or gate delay, is the length of time which starts when the input to a logic gate becomes stable and valid to change, to the time that the output of that logic gate is stable and valid to change. Often on manufacturers' datasheets this refers to the time required for the output to reach 50% of its final output level from when the input changes to 50% of its final input level. This may depend on the direction of the level change, in which case separate fall and rise delays tPHL and tPLH or tf and tr are given. Reducing gate delays in digital circuits allows them to process data at a faster rate and improve overall performance. The determination of the propagation delay of a combined circuit requires identifying the longest path of propagation delays from input to output and by adding each propagation delay along this path. The difference in propagation delays of logic elements is the major contributor to glitches in asynchronous circuits as a result of race conditions. The principle of logical effort utilizes propagation delays to compare designs implementing the same logical statement. Propagation delay increases with operating temperature, as resistance of conductive materials tends to increase with temperature. Marginal increases in supply voltage can increase propagation delay since the upper switching threshold voltage, VIH (often expressed as a percentage of the high voltage supply rail), naturally increases proportionately. Increases in output load capacitance, often from placing increased fan out loads on a wire, will also increase propagation delay. All of these factors influence each other through an RC time constant: any increase in load capacitance increases C, heat induced resistance the R factor, and supply threshold voltage increases will affect whether more than one time constants are required to reach the threshold. If the output of a logic gate is connected to a long trace or used to drive many other gates (high fanout) the propagation delay increases substantially. Wires have an approximate propagation delay of 1 ns for every of length. Logic gates can have propagation delays ranging from more than 10 ns down to the picosecond range, depending on the technology being used.

Физика

В физике, особенно в электромагнитном поле, задержка распространения — это время, необходимое сигналу для достижения пункта назначения. Например, в случае электрического сигнала, это время, затраченное на прохождение сигнала по проводу. См. также коэффициент скорости и распространение радиоволн.