基板上を伝達する電気信号の速さ

質問

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。。

回答No.1

noname#65317 · ベストアンサー

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。

参考URL：

http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/velocity.htm

お礼

詳細な情報、ありがとうございました。
大変タメになります。。

回答No.2

noname#65317

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。。