数字设计基础知识--时间与距离

数字设计基础知识--时间与距离

导线和印刷电路走线中电信号的传播速度取决于其周围的介质。传播延迟的大小以皮秒/英寸为单位。传播速率、单位为英寸/皮秒是传播延迟的倒数。

导线的传播延迟与其周围介质的介电常数的平方根成比例增加。同轴电缆的制造商经常在线缆内使用泡沫或肋状结构的绝缘材料，以减小实际的介电常数。从而降低传播延迟，同时减少介电损耗。表1.1中列出了两种同轴电缆，其区别在于它们的绝缘介质。

印刷电路板走线的单位延迟取决于印刷电路基板材料的介电常数和走线的几何结构。常用的印刷电路板材料FR-4在低频时的介电常数大约为4.7±20%。而在高频时劣化到4.5。对于传播延迟的计算，应使用高频时的数值4.5。

走线的几何结构决定了其电场是驻留于电路板内还是进入到空气中。当电场停留在电路板中时，实际的介电常数增大，因而信号传播较慢。当一个电路走线在环绕电场被封闭在电路板内两个地平面之间时，其环绕电场完全驻留于电路板内。对于典型的FR-4印刷电路板材料，形成的实际介电常数为4.5。当电路走线位于印刷电路板的外表层时，它的电场分布于走线一侧的空气及另一侧的FR-4基板材料中，形成的介电常数介乎于1和4.5之间。电路板外层走线总是比内层走线传输得快。

作为一种陶瓷材料，氧化侣用来制作非常密集的电路板。它的优势在于热膨胀系数低且易于加工成非常薄的板层，但制造成本非常昂贵。微波工程师更看中氧化铝电路低传播速度的特点，因为这样可以缩小谐振结构的尺寸。