第 9 阶段 · 物理动画 · 重点理解

9-02 Rise Time与Propagation Delay:为什么信号不是瞬间到达另一端

通过同一次边沿的传播区分上升时间与传播延迟。

学习本课前,你需要知道

如果还不熟悉,可以先回看对应基础课。

9-01把重复频率与边沿快慢分开了。现在把同一次上升沿放到一根线上:发送端变化后,接收端需要等这次变化传播过去。

快速理解 · 一次变化,有两种时间

Driver(驱动端) 经 Trace(走线) 连接 Receiver(接收端)。Rise Time(上升时间) 是电平变化本身的快慢,Propagation Delay(传播延迟) 是变化在路上花的时间;两者不是同一个数。

在下图先停在1.5 ns(纳秒):发送端已到高电平,接收端还没开始变。再拖到3纳秒,看接收端追上更早的发送变化。播放是为了方便观察而放慢,不是电子以动画速度运动。

同一条线 · 边沿在传播,两端不会同时变化
教学线路:单程延迟固定 2 ns;播放已大幅放慢发送端接收端 连续参考结构 此时沿线电平高低 两端时间关系 · 竖线是当前时刻,右侧淡色为后续发送端接收端 02468ns理想匹配、忽略损耗的演示;不是测量或反射仿真。

拖动观察时刻或播放:先看发送端变化,再观察边沿沿线推进,最后接收端才开始响应。

为什么?深入原理 · 传播速度与边沿陡缓要分开

信号变化通过导体周围的电磁场沿结构传播,速度有限;不能把它理解成整根铜线上所有位置在同一瞬间一起改变。第4阶段的 Transmission Line(传输线) 包含信号导体、返回结构和介质,不只是屏幕上一条细线。

本演示把单程延迟固定为2纳秒。把上升时间从1改为4纳秒,只让电压变化更缓,没有把这条假想线路的传播速度调慢。实际速度由材料与结构等决定,同一结构线路越长,传播用时通常越长。

图中上升时间按10%到90%定义;完整线性上升持续时间因此比这个数更长。两端时间记录中,相同百分比电平的到达时刻相差2纳秒。实际器件可能采用不同门限,应以规格定义为准。

本图假设理想匹配、忽略损耗,接收波形只是延迟的发送波形。真实互连还可能产生反射、损耗与波形变化;看到图中形状不变,不代表所有实际板也如此。

工程应用 · 这怎样影响刚完成的布线
  1. 先按真实走线和层叠估计传播时间,不能把传播速度写成全体电路板统一的每厘米常数。
  2. 从器件资料获得边沿时间及负载条件,再比较两种时间尺度。
  3. 若传播过程重要,检查 Reference Plane(参考平面) 是否连续、阻抗变化在哪里,以及 Termination(端接) 是否符合设计依据。

这是选择分析模型的依据,不是“超过某个比例就固定加某个电阻”。本课先理解变化怎样到达,后面再看它如何影响邻线。

在本图固定线路上,把上升时间从1纳秒改为4纳秒,会发生什么?
提示

图中线路的材料与结构条件没有改变。

资料依据与动画边界

德州仪器高速布局指南,第1.3.1节说明传播速度与结构、介质的关系。动画是原创的理想延迟模型,数值仅作教学假设;不映射具体板材或器件,不计算反射或损耗。

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基础PCB设计与布线基础技术未学习
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  • 9-16Stage 9综合练习:为一版高速Layout作出有依据的判断待开放
10DFM待开放

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11项目实战待开放

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