¿Cuál es el efecto de la longitud del camino en un retraso de tiempo de señal?

Answer 1

Las rutas físicas reales en los circuitos eléctricos, que generalmente son líneas de aluminio (en algunos procesos de fabricación de circuitos integrados) o cobre, propagan señales a una velocidad de propagación, vp, que generalmente está entre 1/2 y 2/3 de la velocidad de luz (c, que es ~ 300000 km / seg).

Para tener una idea cuantitativa, si en una determinada línea vp = (2/3) * c = 2E8 m / s, una señal tarda 50 ps en recorrer 1 cm.

La velocidad de propagación depende de las características de los conductores: distancia entre el conductor y el plano de tierra, la permitividad dieléctrica de los aisladores que lo rodean, la resistividad y el área de sección transversal del conductor y la inductancia intrínseca del conductor, principalmente. Todos estos efectos están representados por los parámetros R, L, C y G, por unidad de longitud del conductor o, para trabajar en microondas y frecuencias más altas, se modelan como líneas de transmisión con la impedancia característica Zo y la velocidad de propagación vp.

Si el conductor es muy delgado y propaga señales a frecuencias muy altas, su resistividad aumenta de forma no lineal con la raíz cuadrada inversa de la frecuencia debido a un fenómeno llamado “efecto de piel” (los electrones en frecuencias más altas tienden a viajar en el exterior). capa del conductor, por lo que la parte interna está “sin usar” y el conductor tiene una sección transversal “efectiva” más baja).

En los circuitos integrados, principalmente en las tecnologías MOS, la capacitancia entre la puerta y la fuente de los MOSFET (generalmente llamados Cgs) accionados por la línea / conductor considerado aumenta la capacidad intrínseca de esa línea / conductor y aumenta el retraso.

A estas alturas ya habrás notado que este no es un asunto susceptible de una respuesta corta. Esa es la razón por la cual las herramientas CAD que estiman demoras en el diseño de circuitos integrados complejos cuestan muchos miles de $ por año 🙂

Para resumir, en términos generales, el retraso es aproximadamente directamente proporcional a la longitud de las líneas conductoras, pero esta proporcionalidad se ve perturbada por las capacitancias Cgs (porque las líneas con gran abanico, es decir, que conducen las puertas de muchos o grandes MOSFET, han aumentado el retraso, como se explicó), por la variación de la geometría de los conductores (por ejemplo, por las esquinas o la flexión en las líneas, o por las variaciones en el grosor), por la variación de la distancia al plano de tierra, o por los cambios del “entorno” de el conductor, es decir, como la presencia de otros conductores cercanos o un cambio en las propiedades de los dieléctricos circundantes.

Answer 2

Directamente proporcional. R, L, C todos aumentan. Un sistema síncrono puede actuar como un sistema plesiócrono forzando a uno a usar tampones para aliviar el problema.

Answer 3

El retraso de la señal es directamente proporcional al retraso de la ruta. Todo está relacionado con la reposividad, que es la resistencia intrínseca de un material del que está hecho el camino. Entonces, para calcular la resistencia, se usa una fórmula simple
R = r * L / A; donde la resistencia del camino R, la resistividad r, la longitud del camino L y el área de la sección transversal A del camino.
Ahora, dado que el retraso de un camino depende de R y C asociados con él y R depende directamente de L, así que a medida que aumenta la longitud del camino, el retraso aumenta.