基板上を伝達する電気信号の速さはどのくらい？
- PCのマザーボードなどで、基板の銅トレース上を信号が行き交っている速さを知りたい。
- 電気自体の伝達としては光速があるが、銅の中では誘電率なども関わってくるため、実際の速度は異なる。
- 電子は比較的低速であるが、電界が発生すれば光速に近い速さで信号が伝わるとも言われている。
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基板上を伝達する電気信号の速さ
PCのマザーボードなどで、基板の銅トレース上を信号が行き交っていると思いますが、実質どのくらいの速さになるのでしょうか？ 電気自体の伝達としては光速(30万km/s)という話も聞きますが、 銅の中だと、誘電率なども関わってきそうですし、 電子自体はフェルミ速度で比較的低速（1500km/sくらい？）ですが、トコロテン押し出し原理のように、電界が発生すれば、目的地の一つ手前の電子が押し出される為、やはり光速と認識して良いとの話も聞きます。 電界って完全剛体として考えて良いのかな？ 等長配線での差異が±10milなどと、ある程度の許容範囲が許されていますが、信号として何nsec分くらいのズレになり、何クロック分の許容なのかな？と考えていて疑問に感じました。 （クロック分は使用するクロックに依りますが。） 過去の質問にも同様の質問が何件かありましたが、 いまいちスッキリしなかった為、質問させて頂きました。 御教授の程、よろしくおねがいします。。
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基板上を流れる信号（今回の場合デジタル波形）は基本的には光速と 考えてよいようです。 http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/velocity.htm プリント基板の場合、絶縁体(誘電率があるε)をはさんで内層導体と 表面の信号ラインがあるので、同軸ケーブルと同じイメージの 伝送ラインと考えることが出来ると思います。 http://www.mogami.com/puzzle/pzl-18.html から引用 Vp = c / sqrt(μs*εs) (1) ここに Vp = 位相速度 (m/s) c = 真空中の光速 (m/s) = 2.99792458e8 (m/s) (注１) μs = 媒質の比透磁率 εs = 媒質の比誘電率 例としてFR-4(ガラスエポキシ基板)ではεr=4,6～4.7程度と記憶しています。基板に形成される伝送路上では式(1)に従って、信号の伝わる 速度は若干光速より遅くなるようです。
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AN1に補足するとイメージとしては電子の運動速度(フェルミ速度)と 電気信号の波の速度は別物と考えてよいと思われます。 日常の経験では雷が発光してから音速約340[m/s]で雷の放電音 が聞こえます。 このとき空気の構成分子の運動速度で雷の音が伝わるのではなく、 空気という媒質の中を音の波が約340[m/s]で伝わっている ・・・こんな現象と似ているように思います。
お礼
補足までありがとうございます。。
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