Скорость сигнала: факторы, влияющие на распространение и значение в электронике.
Signal velocity
Скорость сигнала: что это такое? Узнайте о скорости передачи информации, групповой скорости и её связи со скоростью света в вакууме. Физика для понимания связи.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Скорость сигнала — это скорость, с которой волна переносит информацию. Она описывает, как быстро сообщение может быть передано (с использованием любого конкретного метода) между двумя разделенными сторонами. Никакая скорость сигнала не может превышать скорость светового импульса в вакууме (согласно специальной теории относительности). Скорость сигнала обычно равна групповой скорости (скорость короткого «импульса» или середины или «огибающей» волнового пакета). Однако в некоторых особых случаях (например, в среде, предназначенной для усиления передней части импульса и последующего ослабления задней части импульса) групповая скорость может превышать скорость света в вакууме, в то время как скорость сигнала все равно будет меньше или равна скорости света в вакууме. В электронных схемах скорость сигнала является одним из пяти тесно связанных параметров. В этих схемах сигналы обычно рассматриваются как распространяющиеся в TEM-моде (Transverse ElectroMagnetic). То есть поля перпендикулярны направлению передачи и перпендикулярны друг другу. При этом предположении величины: скорость сигнала, произведение диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости, характеристический импеданс, индуктивность структуры и емкость этой структуры, — все связаны таким образом, что зная любые две из них, можно рассчитать остальные. В однородной среде, если проницаемость постоянна, то изменение скорости сигнала будет зависеть только от изменения диэлектрической проницаемости. В линии передачи скорость сигнала является обратной величиной квадратного корня из произведения индуктивности и емкости, где индуктивность и емкость обычно выражаются в расчете на единицу длины. В печатных платах из материала FR-4 скорость сигнала обычно составляет около шести дюймов (15 см) в наносекунду, или 6,562 пс/мм. В печатных платах из полиимида скорость сигнала обычно составляет около 16,3 см в наносекунду или 6,146 пс/мм. В этих платах проницаемость обычно постоянна, а диэлектрическая проницаемость часто варьируется от места к месту, вызывая изменения в скорости сигнала. С увеличением скорости передачи данных эти изменения становятся серьезной проблемой для производителей компьютеров. где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, — относительная магнитная проницаемость среды, а — скорость света в вакууме. Приближение, показанное выше, используется во многих практических контекстах, поскольку для большинства распространенных материалов .
The signal velocity is the speed at which a wave carries information. It describes how quickly a message can be communicated (using any particular method) between two separated parties. No signal velocity can exceed the speed of a light pulse in a vacuum (by special relativity). Signal velocity is usually equal to group velocity (the speed of a short "pulse" or of a wave packet's middle or "envelope"). However, in a few special cases (e. g., media designed to amplify the front most parts of a pulse and then attenuate the back section of the pulse), group velocity can exceed the speed of light in vacuum, while the signal velocity will still be less than or equal to the speed of light in vacuum. In electronic circuits, signal velocity is one member of a group of five closely related parameters. In these circuits, signals are usually treated as operating in TEM (Transverse ElectroMagnetic) mode. That is, the fields are perpendicular to the direction of transmission and perpendicular to each other. Given this presumption, the quantities: signal velocity, the product of dielectric constant and magnetic permeability, characteristic impedance, inductance of a structure, and capacitance of that structure, are all related such that if you know any two, you can calculate the rest. In a uniform medium if the permeability is constant, then variation of the signal velocity will be dependent only on variation of the dielectric constant. In a transmission line, signal velocity is the reciprocal of the square root of the capacitance inductance product, where inductance and capacitance are typically expressed as per unit length. In circuit boards made of FR 4 material, the signal velocity is typically about six inches (15 cm) per nanosecond, or 6.562 ps/mm. In circuit boards made of Polyimide material, the signal velocity is typically about 16.3 cm per nanosecond or 6.146 ps/mm. In these boards, permeability is usually constant and dielectric constant often varies from location to location, causing variations in signal velocity. As data rates increase, these variations become a major concern for computer manufacturers. where is the relative permittivity of the medium, is the relative permeability of the medium, and is the speed of light in vacuum. The approximation shown is used in many practical context because for most common materials .