Скорость сигнала

Скорость сигнала — это скорость, с которой волна переносит информацию. Он описывает, насколько быстро сообщение может быть передано (используя любой конкретный метод) между двумя отдельными сторонами. Никакая скорость сигнала не может превышать скорость светового импульса в вакууме (по специальной теории относительности ).

Скорость сигнала обычно равна групповой скорости (скорости короткого «импульса» или середины или «огибающей» волнового пакета). Однако в некоторых особых случаях (например, в средах, предназначенных для усиления передних частей импульса и последующего ослабления задней части импульса) групповая скорость может превышать скорость света в вакууме, в то время как скорость сигнала все равно будет быть 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 работающие в режиме TEM (поперечно-электромагнитного). То есть поля перпендикулярны направлению передачи и перпендикулярны друг другу. Учитывая это предположение, величины: скорость сигнала, произведение диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости, характеристический импеданс, индуктивность структуры и емкость этой структуры - все связаны так, что, зная любые две, вы можете вычислить 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 емкости на индуктивность, где индуктивность и емкость обычно выражаются 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 полиимидного материала 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 меняется от места к месту, вызывая изменения в скорости сигнала. По мере увеличения скорости передачи данных эти различия становятся серьезной проблемой для производителей компьютеров.

$\mathrm {v_{s}} ={\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{r}\mu _{r}}}}\approx {\frac {c}{\sqrt {\varepsilon _{r}}}}\$

где $\varepsilon _{r}$ – относительная диэлектрическая проницаемость среды, $\mu _{r}$ – относительная проницаемость среды, $c$ это скорость света в вакууме. Показанное приближение используется во многих практических контекстах, поскольку для большинства распространенных материалов $\mu _{r}\approx 1$.

См. также

• Дисперсия (оптика)
• Скорость фронта
• Фазовая скорость
• Задержка распространения
• Время полета
• Фактор скорости
• Диэлектрическая проницаемость

Ссылки

• Бриллюэн, Леон. Распространение волн и групповая скорость . Academic Press Inc., Нью-Йорк (1960).
• Клейтон Р. Пол, Анализ многопроводных линий передачи . Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк (1994)