전달 지연
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1. 개요
전달 지연은 물리학, 전자공학 및 컴퓨터 네트워크에서 신호가 전송되어 목적지에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미한다. 전자공학에서 전파 지연은 논리 게이트의 입력이 변경된 시점부터 해당 게이트의 출력이 변경되는 시점까지의 시간으로, 디지털 회로의 성능에 영향을 미친다. 컴퓨터 네트워크에서는 신호가 송신자에서 수신자로 이동하는 데 걸리는 시간을 의미하며, 링크의 길이와 파동 전파 속도에 따라 결정된다.
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| 전달 지연 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 신호가 전송 시스템을 통과하는 데 걸리는 시간 |
| 다른 이름 | 지연 시간 |
| 관련 분야 | 논리 회로 컴퓨터 네트워크 전자 공학 |
| 논리 회로에서의 전달 지연 | |
| 정의 | 논리 게이트의 입력이 변경된 후 출력이 변경되는 데 걸리는 시간 |
| 요인 | 게이트의 구조 동작 전압 온도 출력 부하 |
| 종류 | 상승 시간 지연 (tPLH): 출력이 로우에서 하이로 변하는 데 걸리는 시간 하강 시간 지연 (tPHL): 출력이 하이에서 로우로 변하는 데 걸리는 시간 |
| 중요성 | 디지털 회로의 성능 제한 요소 클록 속도 제한 |
| 감소 방법 | 게이트 크기 축소 동작 전압 감소 고급 제조 기술 사용 |
| 컴퓨터 네트워크에서의 전달 지연 | |
| 정의 | 네트워크를 통해 데이터 패킷을 보내는 데 걸리는 시간 |
| 구성 요소 | 처리 지연: 라우터에서 패킷을 처리하는 데 걸리는 시간 큐 지연: 패킷이 큐에서 대기하는 데 걸리는 시간 전송 지연: 패킷을 링크로 밀어넣는 데 걸리는 시간 전파 지연: 비트가 링크를 통해 전파되는 데 걸리는 시간 |
| 계산 | 거리 / 전파 속도 |
| 요인 | 거리 네트워크 매체의 전파 속도 네트워크 혼잡 |
| 중요성 | 네트워크 성능에 영향 대기 시간 및 사용자 경험에 영향 |
| 관련 용어 | 대기 시간(지연) 대역폭 처리량 |
| 반도체에서의 전달 지연 | |
| 정의 | 반도체 소자에서 신호가 입력에서 출력으로 이동하는 데 걸리는 시간 |
| 요인 | 소자 크기 재료 온도 |
| 중요성 | 소자 성능에 영향 회로 속도에 영향 |
2. 물리학
물리학, 특히 전자기학 분야에서 전달 지연은 신호가 목적지에 도달하는 데 걸리는 시간이다. 예를 들어, 전기 신호의 경우 전선을 통해 신호가 전송되는 데 걸리는 시간이다. 전파 속도 및 전파를 참조할 수 있다. Velocity factor영어는 한국어로 번역하면 속도 계수이다.
2. 1. 전파 속도
물리학, 특히 전자기학 분야에서 전달 지연은 신호가 전송돼서 목적지에 도달하는 데 걸리는 시간이다. 예를 들어, 전기 신호의 경우, 전선을 통하여 신호가 전송하는 데 걸리는 시간이다.3. 전자공학
전기공학에서 전달 지연, 즉 게이트 지연은 논리 게이트의 입력이 안정되고 유효하게 변경되는 시점부터 출력이 안정되고 유효하게 변경되기까지의 시간 길이를 의미한다.
일반적으로 제조사의 데이터시트에서는 입력이 최종 레벨의 50%로 변할 때부터 출력이 최종 레벨의 50%에 도달하는 데 걸리는 시간을 전파 지연으로 표시한다. 이러한 지연 시간은 신호 레벨 변화 방향에 따라 달라질 수 있으며, 하강 지연(tPHL 또는 tf)과 상승 지연(tPLH 또는 tr)으로 구분된다.
전파 지연은 RC 시정수에 영향을 주는 여러 요인에 의해 영향을 받는다.
- 장치 유형별: 작동 온도에 따라 증가/감소
- FinFET 트랜지스터: 온도 증가에 따라 게이트 지연 감소
- 금속 와이어: 온도 증가에 따라 지연 증가
- 공급 전압: 약간의 전압 증가는 전파 지연을 증가
- 출력 부하 커패시턴스: 와이어에 팬아웃 부하가 증가하면 전파 지연 증가
- 와이어의 전파 지연: 약 15.24cm당 약 1ns
- 논리 게이트: 사용 기술에 따라 10ns ~ 수 피코초(ps)
3. 1. 게이트 지연
전기공학, 디지털 회로 및 디지털 전자공학에서 게이트 지연은 논리 게이트의 입력이 안정되고 유효하게 변경되기 시작하는 시점부터 해당 논리 게이트의 출력이 안정되고 유효하게 변경되는 시점까지의 시간을 의미한다. 제조업체의 데이터시트에서는 주로 입력이 최종 레벨의 50%로 변할 때부터 출력이 최종 레벨의 50%에 도달하는 데 걸리는 시간을 나타낸다.디지털 회로에서 게이트 지연을 줄이면 데이터를 더 빨리 처리하고 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. 결합된 회로의 전파 지연을 결정하려면 입력에서 출력까지 가장 긴 전파 지연 경로를 찾고, 이 경로를 따라 각 게이트 지연을 모두 더해야 한다.
논리 소자 간 전파 지연의 차이는 비동기 회로에서 경쟁 조건으로 인해 발생하는 글리치의 주 원인이다. 논리 노력의 원리는 동일한 논리 게이트를 구현하는 설계를 비교할 때 전파 지연을 활용한다.
전파 지연은 장치 유형에 따라 작동 온도에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, FinFET 트랜지스터는 온도 역의존성 때문에 온도가 올라가면 게이트 지연이 감소하지만, 금속 와이어는 전도성 물질의 저항이 온도에 따라 증가하여 지연이 증가한다. 공급 전압을 약간 높이면 상위 스위칭 임계 전압 VIH가 비례적으로 증가하여 전파 지연이 증가할 수 있다.[3] 와이어에 팬아웃 부하를 늘려 출력 부하 커패시턴스가 증가하면 전파 지연도 증가한다. 이러한 요인들은 모두 RC 시정수를 통해 서로 영향을 주는데, 부하 커패시턴스가 증가하면 C가 증가하고, 열로 인한 저항은 R 요소를 증가시키며, 공급 임계 전압의 증가는 임계값 도달에 두 개 이상의 시정수가 필요한지 여부에 영향을 준다. 논리 게이트의 출력이 긴 트레이스에 연결되거나 다른 많은 게이트를 구동하는 데 사용되는 경우(높은 팬아웃) 전파 지연이 상당히 증가한다.
와이어는 약 15.24cm당 약 1ns의 전파 지연을 갖는다.[4] 논리 게이트는 사용되는 기술에 따라 10ns 이상에서 피코초 범위까지 다양한 전파 지연을 가질 수 있다.[4]
3. 1. 1. 하강 및 상승 지연
전기 공학과 디지털 회로에서 전파 지연 또는 '''게이트 지연'''은 논리 회로에 대한 입력이 안정적으로 변경되어 유효해질 때부터 논리 회로의 출력이 안정적으로 변경되어 유효해질 때까지의 시간 길이이다.
종종 제조사의 데이터시트에서 전파 지연은 입력이 최종 입력 레벨의 50%까지 변했을 때부터 출력이 최종 출력 레벨의 50%에 도달하는 데 필요한 시간으로 참조된다. 이것은 레벨 변화의 방향에 따라 달라질 수 있다. 이 경우 하강 지연과 상승 지연을 tPHL 및 tPLH 또는 tf 및 tr과 같이 나눌 수 있다. 디지털 회로에서 게이트 지연을 줄이는 것은 더 빠르게 데이터를 처리하고 전체적인 성능을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 조합 회로의 전파 지연을 결정하는 것은 입력에서 출력까지의 전파 지연의 가장 긴 경로를 식별하고, 이 경로를 따라 각각의 회로의 전파 지연을 더하는 것이 필요하다.
논리 요소의 전파 지연의 차이는 경합 상태의 결과로 비동기 회로에 글리치가 발생하는 주요 요인이다. 논리 노력의 원리는 동일한 논리 문을 구현하는 설계를 비교하기 위해 전파 지연을 이용한다.
도전 재료의 저항은 온도와 함께 상승하는 경향이 있으므로 전파 지연은 Operating temperature영어와 함께 증가한다. 전원 전압의 약간의 증가는 전파 지연을 증가시킬 수 있다. 높아진 스위칭 임계 전압 VIH (종종 고전압 전원 레일의 백분율로 표현됨)는 자연스럽게 비례하여 증가하기 때문이다[7]。 출력의 부하 용량의 증가(배선 위에 설치하는 팬 아웃 부하가 증가하면 자주 발생함)는 전파 지연을 증가시킨다. 이러한 요인들은 모두 RC 시정수를 통해 서로 영향을 미친다. 즉, 부하 용량의 증가는 C를 증가시키고, 열 유도 저항은 R 계수가 되며, 전원 임계 전압은 하나 이상의 시정수가 임계값에 도달하기 위해 필요한지에 관계없이 영향을 미친다. 논리 게이트의 출력이 긴 배선에 연결되거나, 많은 다른 게이트(팬 아웃이 많은 상태)를 구동하기 위해 사용된다면, 전파 지연은 대개 증가하게 된다.
배선의 전파 지연은 약 15.24cm마다 1 나노초 증가한다고 근사할 수 있다[8]。 논리 게이트는 10 나노초 이상에서 피코초까지의 범위의 전파 지연을 가질 수 있다. 논리 게이트에 사용되는 기술에 따라 전파 지연은 다르다[8]。
3. 2. 디지털 회로 설계
디지털 회로에서 게이트 지연을 줄이면 더 빠른 속도로 데이터를 처리하고 전체 성능을 향상시킬 수 있다. 조합 회로의 전파 지연을 결정하려면 입력에서 출력까지의 전파 지연의 가장 긴 경로를 식별하고, 이 경로를 따라 각 전파 지연을 더해야 한다.
논리 소자의 전파 지연 차이는 비동기 회로에서 경쟁 조건의 결과로 발생하는 글리치의 주요 원인이다.
논리 노력의 원리는 동일한 논리 문을 구현하는 설계를 비교하기 위해 전파 지연을 활용한다.
전파 지연은 장치 유형에 따라 작동 온도에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, FinFET 트랜지스터의 경우 온도 역의존성으로 인해 온도가 증가함에 따라 게이트 지연이 감소하지만, 금속 와이어의 경우 전도성 물질의 저항이 온도에 따라 증가하는 경향이 있어 지연이 증가한다. 공급 전압을 약간 증가시키면 상위 스위칭 임계 전압 VIH (종종 고전압 공급 레일의 백분율로 표시됨)이 비례적으로 증가하므로 전파 지연이 증가할 수 있다.[3] 와이어에 팬아웃 부하를 증가시켜 발생하는 출력 부하 커패시턴스의 증가는 전파 지연도 증가시킨다. 이러한 모든 요인은 RC 시정수를 통해 서로 영향을 미친다. 부하 커패시턴스의 증가는 C를 증가시키고, 열로 인한 저항은 R 요인을 증가시키며, 공급 임계 전압의 증가는 임계값에 도달하는 데 두 개 이상의 시정수가 필요한지 여부에 영향을 미친다. 논리 게이트의 출력이 긴 트레이스에 연결되거나 다른 많은 게이트를 구동하는 데 사용되는 경우 (높은 팬아웃) 전파 지연이 상당히 증가한다.
와이어는 약 15.24cm당 약 1ns의 전파 지연을 갖는다.[4] 논리 게이트는 사용되는 기술에 따라 10ns 이상에서 피코초 범위까지 다양한 전파 지연을 가질 수 있다.[4]
3. 3. 조합 회로
조합 회로의 전파 지연을 결정하려면 입력에서 출력까지 전파 지연의 가장 긴 경로를 식별하고, 이 경로를 따라 각 회로의 전파 지연을 더해야 한다.
논리 요소의 전파 지연 차이는 경합 상태의 결과로 비동기 회로에 글리치가 발생하는 주요 원인이다. 논리 노력의 원리는 동일한 논리 문을 구현하는 설계를 비교하기 위해 전파 지연을 이용한다.
도전 재료의 저항은 온도와 함께 상승하는 경향이 있으므로 전파 지연은 온도에 따라 증가한다. 전원 전압의 약간의 증가는 높아진 스위칭 임계 전압 VIH (종종 고전압 전원 레일의 백분율로 표현됨)가 비례하여 증가하기 때문에 전파 지연을 증가시킬 수 있다.[7] 출력 부하 용량의 증가(배선 위에 설치하는 팬 아웃 부하가 증가하면 자주 발생)는 전파 지연을 증가시킨다. 이러한 요인들은 모두 RC 시정수를 통해 서로 영향을 미친다. 즉, 부하 용량의 증가는 C를 증가시키고, 열 유도 저항은 R 계수가 되며, 전원 임계 전압은 하나 이상의 시정수가 임계값에 도달하기 위해 필요한지에 관계없이 영향을 미친다. 논리 게이트의 출력이 긴 배선에 연결되거나, 많은 다른 게이트(팬 아웃이 많은 상태)를 구동하는 데 사용되면 전파 지연은 대개 증가한다.
배선의 전파 지연은 약 15.24cm마다 1 나노초 증가한다고 근사할 수 있다.[8] 논리 게이트는 사용되는 기술에 따라 10 나노초 이상에서 피코초까지의 범위의 전파 지연을 가질 수 있다.[8]
3. 4. 비동기 회로와 글리치
비동기 회로에서 논리 소자의 전파 지연 차이는 경쟁 조건 발생 시 글리치의 주요 원인이 된다. 논리 노력의 원리는 동일한 논리 문을 구현하는 설계를 비교하기 위해 전파 지연을 활용한다.
전파 지연은 장치 유형에 따라 작동 온도에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, FinFET 트랜지스터는 온도 역의존성으로 인해 온도가 증가하면 게이트 지연이 감소하지만, 금속 와이어는 전도성 물질의 저항이 온도에 따라 증가하여 지연이 증가한다. 공급 전압을 약간 증가시키면 상위 스위칭 임계 전압 VIH (종종 고전압 공급 레일의 백분율로 표시됨)이 비례적으로 증가하므로 전파 지연이 증가할 수 있다.[3] 출력 부하 커패시턴스 증가(와이어에 팬아웃 부하 증가로 발생)는 전파 지연을 증가시킨다. 이러한 요인들은 RC 시정수를 통해 서로 영향을 미친다. 부하 커패시턴스가 증가하면 C가 증가하고, 열로 인한 저항은 R 요인을 증가시키며, 공급 임계 전압 증가는 임계값 도달에 두 개 이상의 시정수가 필요한지 여부에 영향을 미친다. 논리 게이트 출력이 긴 트레이스에 연결되거나 다른 많은 게이트를 구동하는 경우(높은 팬아웃) 전파 지연이 상당히 증가한다.
와이어는 약 15.24cm당 약 1ns의 전파 지연을 갖는다.[4] 논리 게이트는 사용 기술에 따라 10ns 이상에서 피코초 범위까지 다양한 전파 지연을 가질 수 있다.[4]
3. 5. 논리 노력의 원리
논리 노력의 원리는 동일한 논리 문을 구현하는 설계를 비교하기 위해 전파 지연을 이용한다.3. 6. 영향 요인
전파 지연(게이트 지연)은 다양한 요인에 의해 영향을 받는다.- 장치 유형: 작동 온도에 따라 전파 지연이 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, FinFET 트랜지스터는 온도가 증가함에 따라 게이트 지연이 감소하지만, 금속 와이어는 전도성 물질의 저항 증가로 인해 지연이 증가한다.
- 공급 전압: 공급 전압이 약간 증가하면 상위 스위칭 임계 전압 VIH가 비례적으로 증가하여 전파 지연이 증가할 수 있다.[3]
- 출력 부하 커패시턴스: 와이어에 팬아웃 부하를 증가시켜 발생하는 출력 부하 커패시턴스의 증가는 전파 지연을 증가시킨다.
- RC 시정수: 앞서 언급된 요인들은 RC 시정수를 통해 서로 영향을 미친다. 부하 커패시턴스 증가는 C를 증가시키고, 열로 인한 저항은 R 요인을 증가시키며, 공급 임계 전압 증가는 임계값 도달에 필요한 시정수 개수에 영향을 준다.
- 와이어 길이 및 팬아웃: 논리 게이트 출력이 긴 트레이스에 연결되거나 다른 많은 게이트를 구동하는 경우(높은 팬아웃) 전파 지연이 크게 증가한다. 와이어는 약 15.24cm당 약 1ns의 전파 지연을 갖는다.[4]
- 기술: 사용되는 기술에 따라 논리 게이트는 10ns 이상에서 피코초 범위까지 다양한 전파 지연을 가질 수 있다.[4]
4. 컴퓨터 네트워킹
컴퓨터 네트워크에서 전파 지연은 신호가 송신자로부터 수신자까지 이동하는 데 걸리는 시간이다. 이는 링크 길이와 특정 매체에서의 파동 전파 속도의 비율로 계산할 수 있다.
무선 통신에서 전파 속도는 광속과 같다. 구리선에서 전파 속도는 일반적으로 광속의 0.59배에서 0.77배 사이이다.[1][2] 전파 지연은 고속 컴퓨터 개발의 주요 장애물이며, IC 시스템에서 상호 연결 병목 현상이라고 불린다.
4. 1. 계산
컴퓨터 네트워크에서 전파 지연은 신호의 선두가 송신자로부터 수신자까지 이동하는 데 걸리는 시간의 양이다. 이는 링크 길이와 특정 매체에서의 파동 전파 속도 간의 비율로 계산할 수 있다.전파 지연은 ''d / s''와 같으며, 여기서 ''d''는 거리이고 ''s''는 파동 전파 속도이다. 무선 통신에서 ''s''는 ''c'', 즉 광속이다. 구리선에서 속도 ''s''는 일반적으로 0.59c에서 0.77c까지이다.[1][2] 이 지연은 고속 컴퓨터 개발의 주요 장애물이며 IC 시스템에서 상호 연결 병목 현상이라고 불린다.
4. 2. 전파 속도
물리학과 전자기학에서 전파 속도는 ''d / s''로 표현된다. 여기서 ''d''는 거리이고, ''s''는 파동 전파 속도이다. 무선 통신에서 ''s''는 광속(''c'')이다. 구리선에서 ''s''는 일반적으로 0.59c에서 0.77c 사이의 값을 가진다.[1][2] 이 지연은 고속 컴퓨터 개발에 큰 장애물이며, IC 시스템에서는 상호 연결 병목 현상이라고 불린다.4. 3. 상호 연결 병목 현상
컴퓨터 네트워크에서 전파 지연은 신호의 선두가 송신자에서 수신자로 이동하는 데 필요한 시간이다. 이는 전송 경로 길이와 파동 전파 속도의 비율로 계산된다.전파 지연은 ''d / s''와 같다. 여기서 ''d''는 전송 경로 길이이고 ''s''는 Velocity factor|파동 전파 속도영어이다. 무선 통신에서 ''s'' = ''c''이다. 여기서 ''c''는 광속이다. 구리선에서 속도 ''s''는 일반적으로 0.59c에서 0.77c의 범위이다.[5][6] 이 지연은 고속 컴퓨터 개발의 주요 장애이며, 집적 회로 시스템의 상호 연결 병목 현상이라고 불린다.
참조
[1]
웹사이트
What is propagation delay? (Ethernet Physical Layer)
http://stason.org/TU[...]
2010-10-21
[2]
웹사이트
Propagation Delay and Its Relationship to Maximum Cable Length
http://www.wildpacke[...]
2010-11-09
[3]
웹사이트
Logic Signal Voltage Levels
http://www.allaboutc[...]
2016-06-01
[4]
서적
Mcgraw Hill - Complete Digital Design A Comprehensive Guide To Digital Electronics And Computer System Architecture
https://books.google[...]
McGraw-Hill Professional
[5]
웹사이트
What is propagation delay? (Ethernet Physical Layer)
http://stason.org/TU[...]
2010-10-21
[6]
웹사이트
Propagation Delay and Its Relationship to Maximum Cable Length
http://www.wildpacke[...]
2010-11-09
[7]
웹사이트
Logic Signal Voltage Levels
http://www.allaboutc[...]
2016-06-01
[8]
서적
Mcgraw Hill - Complete Digital Design A Comprehensive Guide To Digital Electronics And Computer System Architecture
https://books.google[...]
McGraw-Hill Professional
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