Время нарастания (rise time, tᵣ) — это временно́й параметр цифрового или импульсного сигнала, количественно характеризующий быстродействие переключения из состояния логического «0» в состояние «1». Измеряется как интервал между моментами, когда мгновенное значение сигнала пересекает уровни, соответствующие 10% и 90% от амплитуды перепада (voltage swing). Аналогичный параметр для спада сигнала называется временем спада (fall time). В высокоскоростных цифровых системах именно эти параметры, а не частота, часто становятся лимитирующим фактором для целостности сигнала.
Физическая природа и зависимость от параметров
Конечное время нарастания обусловлено неидеальностью электронных компонентов: ёмкостью нагрузки (load capacitance), индуктивностью выводов (lead inductance) и конечной скоростью носителей заряда в полупроводниках (slew rate). Для цифровой микросхемы, нагруженной на типичную линию передачи печатной платы, tᵣ определяется её выходными характеристиками (output drive strength) и ёмкостной нагрузкой, формируемой самой платой. Ускорение переключений (уменьшение tᵣ) является основной тенденцией развития микроэлектроники, но порождает проблемы в проектировании плат.
Влияние на проектирование печатных плат и контроль качества
Короткое время нарастания (менее 1 нс для современных высокоскоростных интерфейсов) приводит к проявлению эффектов линии передачи (transmission line effects). Если импеданс трассы (trace impedance) не согласован, возникают отражения (reflections), выбросы (overshoot) и звон (ringing), что вызывает ложные срабатывания и снижает помехоустойчивость. Поэтому при проектировании высокоскоростных узлов строго контролируют геометрию проводников (ширину, расстояние до плоскости), диэлектрические свойства материала платы (Dk, Df) и применяют методы терминации (развязки, termination). В процессе тестирования и валидации собранных плат измерение времени нарастания и формы сигнала с помощью высокочастотного осциллографа является стандартной практикой для обеспечения работы цифровых систем.
Источники: IPC-2251 «Design Guide for the Packaging of High Speed Electronic Circuits», стандарты на методы измерений параметров цифровых интегральных схем, учебники по целостности сигналов (например, «High-Speed Digital Design» by H. Johnson, M. Graham). Прикладные аспекты для проектирования плат регламентированы в IPC-2221.