Atraso de propagação

O atraso de propagação é o tempo que um sinal leva para chegar ao seu destino, por exemplo, no campo eletromagnético, um fio, gás, fluido ou corpo sólido.

Física

• Uma onda eletromagnética viajando através de um meio tem um atraso de propagação determinado pela velocidade da luz naquele meio em particular, ou ca. 1 nanossegundo por 29,98 centimetres (11,80 in) no vácuo.
• Um sinal elétrico viajando através de um fio tem um atraso de propagação de ca. 1 nanossegundo por 15 centimetres (5,9 in).^[1]

Veja também propagação de rádio, fator de velocidade, velocidade de sinal e onda mecânica.

Eletrônica

Diagrama de tempo de atraso de propagação de uma porta NOT (em inglês)

Um somador completo tem um atraso de porta geral de 3 portas lógicas a partir das entradas A e B até a saída de transporte C_out mostrada em vermelho.

Portas lógicas podem ter um atraso de porta variando de picossegundos a mais de 10 nanosegundos, dependendo da tecnologia que está sendo usada.^[1] É o tempo entre a entrada da porta se tornar estável e a saída da porta se tornar estável. Os fabricantes geralmente se referem ao tempo a partir da entrada mudando para 50% de seu nível de entrada final, até a saída atingir 50% de seu nível de saída final; isso pode depender da direção da mudança de nível, em que caso atrasos separados de queda e subida t_PHL e t_PLH ou t_f e t_r são fornecidos.

Reduzir atrasos de portas permite que circuitos digitais processem dados em uma taxa mais rápida e melhorem o desempenho geral. Determinar o atraso de propagação de um circuito combinado requer identificar os atrasos no caminho de propagação mais longo, a partir da entrada até a saída, e adicionar cada atraso de propagação ao longo desse caminho.

O princípio do esforço lógico utiliza atrasos de propagação para comparar designs que implementam a mesma declaração lógica. A diferença em atrasos de propagação de elementos lógicos é o principal contribuinte para falhasAsynchronous circuit em circuitos assíncronos como resultado de condições de corrida.

• O atraso de propagação pode aumentar ou diminuir com a temperatura de operação, dependendo do tipo de dispositivo. Conforme a temperatura aumenta, o atraso de porta diminui para transistores do tipo FinFET devido à Dependência de Temperatura Inversa; para fios de metal e outros materiais condutores, o atraso de propagação aumenta devido ao aumento da resistência elétrica.
• Aumentos marginais na tensão de alimentação podem aumentar o atraso de propagação, uma vez que a tensão de limite de comutação superior V_IH (frequentemente expressa como uma porcentagem da trilha de alimentação de alta tensão) aumenta naturalmente de forma proporcional.^[2]
• Aumentos na capacitância da carga de saída, frequentemente devido à colocação de cargas de fan-out (número de entradas que podem ser conectadas a uma saída especificada) aumentadas em um fio, também aumentarão o atraso de propagação.

Todos esses fatores influenciam uns aos outros por meio de uma constante de tempo de RC: qualquer aumento na capacitância de carga aumenta C, a resistência induzida pelo calor aumenta o fator R e os aumentos na tensão limite de alimentação afetarão se mais de uma constante de tempo for necessária para atingir o limite. Se a saída de uma porta lógica for conectada a um longo traço ou usada para acionar muitas outras portas (alto fan-out), o atraso de propagação aumenta substancialmente.

Redes

Em redes de computadores, o atraso de propagação é a quantidade de tempo que leva para a cabeça do sinal viajar do remetente para o destinatário. Pode ser computado como a razão entre o comprimento do link e a velocidade de propagação sobre o meio específico.

O atraso de propagação é igual a d / s, onde d é a distância e s é a velocidade de propagação da onda. Na comunicação sem fio, s=c, ou seja, a velocidade da luz. No fio de cobre, a velocidade s geralmente varia de 0,59c a 0,77c.^[3][4] Esse atraso é o maior obstáculo no desenvolvimento de computadores de alta velocidade e é chamado de gargalo de interconexão em sistemas de IC.

Ver também

• Latência
• Tempo de voo

Referências

1. Balch, Mark (2003). Mcgraw Hill - Complete Digital Design A Comprehensive Guide To Digital Electronics And Computer System Architecture. [S.l.]: McGraw-Hill Professional. 430 páginas. ISBN 978-0-07-140927-8
2. «Logic Signal Voltage Levels». All About Circuits. Consultado em 1 de junho de 2016
3. «What is propagation delay? (Ethernet Physical Layer)». Ethernet FAQ. 21 de outubro de 2010. Consultado em 9 de novembro de 2010
4. «Propagation Delay and Its Relationship to Maximum Cable Length». Networking Glossary. Consultado em 9 de novembro de 2010. Arquivado do original em 20 de fevereiro de 2011