Laufzeit
Englisch: propagation time
In einer digitalen Schaltung die Zeit, die erforderlich ist, damit ein Signal oder eine Welle von einem Punkt eines Übertragungsmediums zu einem anderen gelangt.
Ausbreitungszeit: wie lange ein Signal braucht, um eine Strecke zu durchlaufen
Ausbreitungszeit ist das Zeitintervall zwischen dem Aussenden eines Signals an einem Punkt in einer Schaltung und seinem Eintreffen an einem anderen Punkt. In der Praxis bedeutet das die Verzögerung, die durch die physische Entfernung entsteht, die das Signal zurücklegen muss, sei es über Kupferleiterbahnen auf einer Leiterplatte, durch Koaxialkabel oder durch den freien Raum. Bei digitalen Schaltungen ist dieses Timing entscheidend, weil es direkt beeinflusst, ob Signale ankommen, wenn der Empfänger sie erwartet.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt vom Medium ab. Elektrische Signale bewegen sich durch Kupferdraht mit etwa 0,66 bis 0,77 der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, was in typischen Leiterplattenmaterialien und Kabeln ungefähr 200 Millionen Meter pro Sekunde entspricht. Dies wird oft Velocity Factor genannt. Bei einer 30 Zentimeter langen Leiterbahn auf einer Leiterplatte ist mit etwa 1,5 Nanosekunden Ausbreitungsverzögerung zu rechnen. Bei Fernmeldeverbindungen über Kilometer hinweg wird die Ausbreitungszeit zur erheblichen Beschränkung der Zeitsynchronisation.
Wo Ausbreitungszeit Probleme verursacht
In synchronen digitalen Systemen addiert sich die Ausbreitungsverzögerung zu Gatterverzögerungen und bestimmt die maximale Taktfrequenz. Wenn ein Signal von einem Logikbaustein zu einem anderen und innerhalb eines Taktzyklus zurück propagieren muss, zieht die Ausbreitungszeit direkt von der verfügbaren Zeit für die logische Verarbeitung ab. Hochgeschwindigkeitsentwürfe routen daher kritische Pfade sorgfältig, minimieren Kabel- und Leiterbahenlängen und setzen teilweise Repeater oder Zwischenpuffer ein, um lange Ausbreitungsverzögerungen in kleinere Abschnitte zu unterteilen.
Ausbreitungszeit ist auch bei Busschiedsverfahren, Echtzeitsystemen und überall dort relevant, wo zwei entfernte Punkte koordiniert werden müssen. Ein Steuersignal, das über 100 Meter Kabel läuft, führt zu einer Verzögerung von etwa 500 Nanosekunden, die in Operationen im Mikrosekunden-Bereich zu verpassten Zeitfenstern führen kann. Bei Übertragungsleitungen, die analog- oder hochfrequente Signale führen, können ungleiche Ausbreitungszeiten zwischen verschiedenen Leitern (genannt Skew) die Signalintegrität beeinträchtigen.
Der Begriff wird manchmal mit Latenz verwechselt, die ein breiteres Konzept ist: Latenz umfasst Ausbreitungszeit plus alle Verarbeitungs- oder Pufferverzögerungen. Ausbreitungszeit ist rein die geometrische und physische Folge von Entfernung und Medium.